| 研究課題/領域番号 |
21K03870
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 埼玉大学 |
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研究代表者 |
小原 哲郎 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (80241917)
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| 研究分担者 |
石井 一洋 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (20251754)
前田 慎市 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60709319)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | デフラグレーション / デトネーション / デトネーション遷移 / 障害物 / デトネーション波 / デフラグレーション波 / DDT過程 / 高速火炎 / DDT / 遷移現象 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，「水素－酸素といった予混合気体を点火することにより生じた火炎が障害物と干渉することによって如何にして超音速で伝播するデトネーション波に遷移するのか？」という基本的なメカニズムを明らかにすることを目的としている。このため，実験と数値シミュレーションを行って両者を比較することにより，研究目的の達成を計る計画である。最終的には，障害物の設置位置および高さ，予混合気体の初期圧力といった条件を種々変化させ，超高速度ビデオカメラを駆使することによりえられた可視化動画および数値シミュレーション結果を比較することにより，点火から短い距離でDDTを引き起こす条件を明らかにすることを計画している。
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| 研究実績の概要 |
可燃性予混合気中を伝播する火炎の形態は，デフラグレーション波とデトネーション波に大別することができる。デフラグレーション波は亜音速で伝播するのに対し，デトネーション波は衝撃波を伴って超音速で伝播する性質がある。デフラグレーション波がデトネーション波に遷移する現象はデトネーション遷移過程（Deflagration-to-Detonation Transition，以下，DDTと略す）と呼ばれているが，DDTは様々な状況下で発生することが知られている。可燃性予混合気体として，水素－酸素といった反応速度の高い気体を用いた場合，障害物を１個のみ挿入した場合においてもDDTの生じることが知られているが，DDTが生じるメカニズムについては，十分把握されていない。
本研究では，障害物背後を伝播する火炎の状況をより詳細に観測するため，イオンプローブを挿入した実験を行った。この測定方法では，火炎中におけるイオンの導電性の差異を利用することで，底面上を伝播する火炎の挙動を明らかにすることが可能である。さらに，実験と並行して3次元の数値シミュレーションを同条件にて行い，実験により得られた結果と比較することで，壁面近傍における火炎の加速過程を定性的に明らかにすることを目的として実験を行った。
得られた成果を以下に要約する。
(1)点火端から単一障害物までの距離がd = 130 mm，障害物の高さh = 5 mmおよびh = 10 mmの条件において，回折した火炎が障害物背後を側壁方向に伝播する過程でCJ速度の80％を超える速度に達しており，デトネーションに遷移していることを明らかにした。
(2)イオンプローブの測定結果が正しいのかを検証するため数値計算結果と比較した。その結果，障害物背後における底面を伝播する火炎挙動については，両者は定性的に一致することを明らかにした。
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