| 研究課題/領域番号 |
23K22978
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01709 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分24020:船舶海洋工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所 |
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研究代表者 |
高木 正英 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 研究員 (50371092)
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| 研究分担者 |
川内 智詞 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 研究員 (20549993)
今井 康雄 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 上席研究員 (40426218)
南部 太介 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主任研究開発員 (90874404)
溝渕 泰寛 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主幹研究開発員 (00358475)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2024年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2023年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2022年度: 13,260千円 (直接経費: 10,200千円、間接経費: 3,060千円)
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| キーワード | e-fuel / 壁面熱伝達 / 気液二相流 / 再層流化 / 壁面近傍燃料分布 / 混合燃料の着火遅れ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
脱炭素化に向けた燃料として，液体合成燃料（e-fuel）の漸進利用を考慮すると，既存舶用燃料との混合時の着火性能が不明な上に壁面熱損失増加によるエンジン効率の低下が避けられない。そのため，既存燃料との混合によるe-fuelの着火性能の加成性を評価した上で，熱損失に焦点を当てる。
そこで，実験によるe-fuel/既存燃料中炭化水素の壁面熱損失の評価を行った上で，CFDとの結果と組み合わせて熱損失評価モデルを構築し，e-fuelに転換するエンジンに対応した効率評価手法によって，熱効率向上に寄与する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では，「低発熱量のe-fuel」と「既存燃料」の混合によって着火性が大きく変わることで生じる壁面衝突形態に対応した熱損失低減手法として再層流化を提案，熱損失評価モデルを開発することで，エンジン効率向上に寄与する。
実験については，「混合比と着火遅れの関係評価」を評価した。e-fuelとして，OME（オキシメチレンエーテル）を用意した。今回使用したOMEはOME3である。着火性評価は，FCAと呼ばれる燃料着火性評価装置を用いて，OME3とセタン価標準燃料であるヘキサデカン，1-メチルナフタレンの混合燃料を対象にして昨年度行われた。本年度は加えて一環芳香族（エチルベンゼン）の混合燃料にて実験を行い，芳香族の環数の違いを評価した。その結果，どの混合燃料の，着火遅れから計算されたセタン価と混合比の関係は，線形に近い結果になったが，単成分のセタン価と体積平均から予測できる混合燃料のセタン価と実測されたセタン価は一致せず，いわゆる加成性が成立しないことがわかった。一環，二環芳香族の着火遅れに及ぼす効果は大きくないこともわかった。この結果を学会にて発表した。また，熱流束計測のための治具と可視化に適切な燃焼室を設計，製作し，OME3とヘキサデカン混合燃料と比較用のトリデカンによる壁面熱流束計測を行った。
計算については，「CFDによる壁面衝突状態の予測」を行った。実験で行う燃焼室形状，噴射条件を一致させた条件で燃料を変更して，LESを用いたCFD解析を行った。その結果，着火前に壁面衝突した燃料噴霧の蒸発潜熱による温度低下，その後の燃料ごとの着火時間が異なることによる温度上昇の違いや，燃料による上昇温度の違いが予測できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
全般的には，順調に実施できているが，壁面熱流束計測の準備を終え，計測している状況であるため，「やや遅れている」と評価した。
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| 今後の研究の推進方策 |
実験については，引き続き「壁面衝突時の再層流化の探索」を実施する。「壁面衝突時の再層流化の探索」では急速圧縮装置において，噴霧軸直下に熱流束計を設置，熱損失を計測することで，再層流化の条件を探索する。とりわけ，噴孔ー壁面間距離をパラメータにして実験を行う。また，燃料混合比によって壁面衝突時の噴霧火炎の状態(着火の有無，燃料液滴，蒸気の衝突)を変え，熱損失との関係を調べる。
計算についても，引き続き「CFDによる壁面衝突状態の予測」を実施する。昨年度に引き続き，実験で実施されるパラメータ変更により温度(燃焼火炎と非燃焼噴流)，および気液相(蒸発燃料/空気混合気と未蒸発燃料液滴)が変化した時の鉛直方向速度の算出をLESを用いたCFD解析により行う。加えて燃料変更時の状況の変化も調査する。改良されたVoF(Volume of Fluid)法による壁面衝突位置での燃料液体蒸発の数値解析を引き続き，実施する。
実験，計算の結果が得られてくるため，昨年実施できなかった壁面熱流束の解析モデルについても，これまで検討してきたモデルへの適用性などの評価を行い，改良方法について検討する。今後も共同研究先（JAXA）との情報共有を密に計画の齟齬がないように研究を実施していく。
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