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冷炎を考慮した燃え広がり定義拡張とエンジン用複雑系混相燃焼への展開

研究課題

研究課題/領域番号 21H01532
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分24010:航空宇宙工学関連
研究機関山口大学

研究代表者

三上 真人  山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (20274178)

研究分担者 坂野 文菜  山口大学, 大学院創成科学研究科, 講師 (40961735)
瀬尾 健彦  山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (00432526)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2022年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2021年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
キーワード燃焼 / 微小重力 / 液体燃料 / 液滴群 / 燃え広がり / 冷炎
研究開始時の研究の概要

航空エンジンにおいては,始動時や高空失火後の再着火において燃料噴霧の液滴間燃え広がりによる群燃焼状態への移行が必要となる.最近のISSにおける宇宙燃焼実験により,従来は熱炎の発生により定義されていた液滴間燃え広がりにおいて観察が困難な冷炎も発生しており,それが群燃焼発現限界に影響を与えている可能性が示唆された.そこで,冷炎発生を考慮して液滴間燃え広がりの定義を拡張し,微小重力科学による燃え広がり現象の極限把握を行う.そして,その知見を利用してパーコレーション理論も拡張することで,航空エンジン用の複雑系混相燃焼物理のさらなる高度化へと展開を行う.

研究成果の概要

本研究の目的は,我々の研究グループが行った宇宙実験で観察された群燃焼発現限界付近で生じる現象において重要となる冷炎に注目し,これまで熱炎にのみ注目して捉えられてきた液滴間燃え広がりに冷炎を考慮することで,燃え広がりの定義の拡張を行うことである.微小重力実験の結果,干渉液滴まわりに形成される火炎から加熱された燃え広がり限界外の液滴において冷炎の発生が確認された.等間隔液滴列の燃え広がりにおいても冷炎発生状況を観察したところ,熱炎に注目した場合に同一の燃え広がりモードを示す場合でも,液滴間隔に応じて冷炎発生状況が異なるモードが存在することが明らかとなった.

研究成果の学術的意義や社会的意義

学術的には,微小重力場での液滴燃焼から,液滴間燃え広がりを通して,ランダム分散液滴群の燃え広がりへつなげ,最終的に噴霧燃焼へと繋げるという意義がある.特に冷炎を考慮した燃え広がり過程の理解は,複雑な反応モデルの簡略化への貢献を通して,冷炎簡略反応モデルを実装した大規模噴霧燃焼の計算コードの産業界への提供へと繋がる社会的意義がある.

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] NASA Glenn Research Center/Case Western Reserve University/University of California, San Diego(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] Sebelas Maret University(インドネシア)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] NASA Glenn Research Center/Case Western Reserve University/University of California, San Diego(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Sebelas Maret University(インドネシア)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] NASA Glenn Research Center/Case Western Reserve University/University of California, San Diego(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Sebelas Maret University(インドネシア)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] 液滴燃焼から噴霧燃焼へ —軌道上実験「Group Combustion」—2023

    • 著者名/発表者名
      三上 真人
    • 雑誌名

      日本燃焼学会誌

      巻: 65 号: 211 ページ: 49-56

    • DOI

      10.20619/jcombsj.65.211_49

    • ISSN
      1347-1864, 2424-1687
    • 年月日
      2023-02-15
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Appearance of cool flame in flame spread over fuel droplets in microgravity2023

    • 著者名/発表者名
      Mikami Masato、Matsumoto Kodai、Chikami Yuto、Kikuchi Masao、Dietrich Daniel L.
    • 雑誌名

      Proceedings of the Combustion Institute

      巻: 39 号: 2 ページ: 2449-2459

    • DOI

      10.1016/j.proci.2022.07.053

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Study on two-stage ignition of two interactive droplets in flame spread over n-decane droplets in microgravity2021

    • 著者名/発表者名
      Yuto CHIKAMI, Kodai MATSUMOTO, Takehiko SEO, Masato MIKAMI
    • 雑誌名

      Proceedings of 15th International Conference of Liquid Atomization and Spray Systems

      巻: - 号: 1

    • DOI

      10.2218/iclass.2021.5917

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of two-droplet interaction on the group combustion excitation in randomly distributed droplet clouds using a percolation model2021

    • 著者名/発表者名
      Yuka Hara, Yuto Chikami, Takehiko Seo, Masato Mikami
    • 雑誌名

      Proceedings of the 13th Asia-Pacific Conference on Combustion

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 燃え広がり限界外の液滴の予蒸発を考慮したパーコレーションモデルを用いた液滴群の燃え広がりに関する研究2024

    • 著者名/発表者名
      年岡沙英, 坂野文菜, 三上真人
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部第99期定時総会講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 微小重力場における冷炎を考慮した液滴列の燃え広がり形態に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      原田真作, 松浦勇翔, 坂野文菜, 三上真人
    • 学会等名
      日本マイクログラビティ応用学会 第35回学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 単一アンモニア液滴の着火方法調査と微小重力場・高圧雰囲気における燃焼速度定数計測2023

    • 著者名/発表者名
      松浦勇翔, 坂野文菜, 三上真人
    • 学会等名
      日本マイクログラビティ応用学会 第35回学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 微小重力・高圧環境下におけ る単一アンモニア液滴の燃焼後期の非定常現象の調査2023

    • 著者名/発表者名
      松浦勇翔, 坂野文菜, 三上真人
    • 学会等名
      第61回燃焼シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Appearance of cool flame in flame spread over fuel droplets in microgravity2022

    • 著者名/発表者名
      Masato MIKAMI, Kodai MATSUMOTO, Yuto CHIKAMI, Masao KIKUCHI, Daniel L. DIETRICH
    • 学会等名
      39th International Symposium on Combustion
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 微小重力場を用いた室温高圧雰囲気中での単一アンモニア液滴の蒸発速度定数計測2022

    • 著者名/発表者名
      松浦勇翔, 原侑花, 三上真人
    • 学会等名
      日本マイクログラビティ応用学会第34回学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ISSでの液滴群燃焼実験Group CombustionからGroup Combustion-2へ ~燃え広がりにおける冷炎発生とその影響~2022

    • 著者名/発表者名
      三上真人, 野村浩司, 渡邊裕章, 菅沼祐介, 菊池政雄, Daniel L. Dietrich, Vedha Nayagam, Forman A. Williams
    • 学会等名
      日本マイクログラビティ応用学会第34回学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 二液滴・三液滴干渉がランダム分散液滴群の燃え広がりに与える影響の二次元パーコレーションモデルによる調査2022

    • 著者名/発表者名
      原侑花, 三上真人, サプトロ ヘルマン
    • 学会等名
      日本マイクログラビティ応用学会第34回学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Effects of three-droplet interaction on the flame spread over randomly distributed droplet clouds at the critical points using a percolation model2022

    • 著者名/発表者名
      Yuka Hara, Masato Mikami, Herman Saputro
    • 学会等名
      13th Asian Microgravity Symposium
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Droplet-cloud-combustion Experiments aboard ISS, Group Combustion and Group Combustion-22022

    • 著者名/発表者名
      Masato MIKAMI, Hiroshi NOMURA, Hiroaki WATANABE, Yusuke SUGANUMA, Masao KIKUCHI, Daniel L. DIETRICH, Vedha NAYAGAM, Forman A. WILLIAMS
    • 学会等名
      13th Asian Microgravity Symposium
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高圧環境下での単一アンモニア液滴生成の実現と燃焼の試み2022

    • 著者名/発表者名
      松浦 勇翔, 原 侑花, 千頭 勇斗, 瀬尾 健彦, 三上 真人
    • 学会等名
      日本機械学会第52回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] “Group Combustion” - The First Combustion Experiment aboard Kibo on the ISS -2021

    • 著者名/発表者名
      Masato Mikami
    • 学会等名
      国際連合宇宙部Hypergravity/Microgravity Webinar Series
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Study on two-stage ignition of two interactive droplets in flame spread over n-decane droplets in microgravity2021

    • 著者名/発表者名
      Yuto CHIKAMI, Kodai MATSUMOTO, Takehiko SEO, Masato MIKAMI
    • 学会等名
      15th International Conference of Liquid Atomization and Spray Systems
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 液滴干渉がランダム分散液滴群の燃え広がりに与える影響のパーコレーションモデルによる調査2021

    • 著者名/発表者名
      原侑花, 千頭勇斗, 瀬尾健彦, 三上真人
    • 学会等名
      日本マイクログラビティ応用学会 第33回学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 微小重力高圧環境下での液滴間燃え広がりにおける冷炎を伴う液滴蒸発の調査2021

    • 著者名/発表者名
      千頭勇斗, 原侑花, 瀬尾健彦, 三上真人
    • 学会等名
      日本マイクログラビティ応用学会 第33回学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Cool Flame Burning During Flame Spread over Droplet Arrays and Clusters2021

    • 著者名/発表者名
      D.L. Dietrich, V. Nayagam, F.A. Williams, M. Mikami, H. Nomura, M. Kikuchi
    • 学会等名
      日本マイクログラビティ応用学会 第33回学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Group Combustion-2におけるモデリングと数値解析2021

    • 著者名/発表者名
      渡邊裕章, 三上真人, 野村浩司, 菅沼祐介, 瀬尾健彦, 菊池政雄
    • 学会等名
      日本マイクログラビティ応用学会 第33回学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ISS/きぼうワークショップ 実験例紹介 ① 液滴燃焼実験2021

    • 著者名/発表者名
      三上真人
    • 学会等名
      第59回燃焼シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 微小重力場での液滴間燃え広がりにおいて冷炎が大規模着火の発現に与える影響の調査2021

    • 著者名/発表者名
      千頭 勇斗, 原 侑花, 瀬尾 健彦, 三上 真人
    • 学会等名
      第59回燃焼シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Effects of two-droplet interaction on the group combustion excitation in randomly distributed droplet clouds using a percolation model2021

    • 著者名/発表者名
      Yuka Hara, Yuto Chikami, Takehiko Seo, Masato Mikami
    • 学会等名
      The 13th Asia-Pacific Conference on Combustion
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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