非定常燃焼の機構解明

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01627005
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 神本 武征 東京工業大学, 工学部, 教授 (00016429)
• 研究分担者: 藤本 元 同志社大学, 工学部, 教授 (90051630) ; 廣安 博之 広島大学, 工学部, 教授 (40034326) ; 寺尾 邦夫 横浜国立大学, 工学部, 教授 (30017850) ; 高城 敏美 大阪大学, 工学部, 教授 (40029096)
• キーワード: 非定常噴霧 / 衝突噴霧 / 着火確率 / 数値シミュレーション / 燃焼 / すす可視化 / 高圧噴射 / レーザシート

研究概要

噴射圧力116MPa〜240MPaの超高圧非定常非蒸発噴霧の微粒化特性を調べたところ、ザウタ平均粒径は噴射圧力が高いほど減少するが次第に一定値に近づくような傾向があること、噴射初期に急減しその後ほぼ一定値になることがわかった。この噴霧を燃焼させたところ、高圧化による混合促進が著しいことがわかった。また、レーザシート光散乱法によりすすの2次元断面可視化に成功し、すすが非定常的性格の強い先端渦に沿って分布していることがわかった。そらに、イオンローブによる火炎内陽イオン検出の結果、イオン検出領域はすす存在領域と比較的良く対応すること、燃料噴射圧力が高いほど平均イオン電流が高いことを見い出した。
常温高圧下常温壁面衝突非定常噴霧内の液滴密度分布をCT法により求めた結果、ななめ衝突の場合、上流側(反流れ側)に比べて下流側(流れ側)の噴霧の成長が著しいこと、噴霧体積は衝突により増加するがこれは主として液滴密度が低い領域が広がるためであることがわかった。高温高圧下高温壁面垂直衝突噴霧では、衝突点での噴霧からの壁面への熱移動が顕著であることがわかった。
液滴の衝突・合体・二次分裂や乱流の影響を考慮した非定噴霧の流動と蒸発の計算に、5種類の化学種を考慮した燃焼モデル並びに、すすの生成と燃焼のモデルを組み込み、噴霧の着火および燃焼の数値計算を行った。その結果を急速圧縮装置による実験結果などと比較し、本計算が実験結果をかなり良く予測できることを示した。
衝撃波管中の管端での反射衝撃波後要の高温(1000ー1300K)、高圧(15ー20bar)の空気中に、噴射圧120barで噴射された液体オクタンの噴霧を横方向から25区間に分割し、それぞれの区間の着火の確率の時間変化を測定した。それをシャドウ写真に撮影された噴霧の形状と比較、両者の関係を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] 茫秦寅: "非定常噴霧流の数値シミュレーション" 日本機械学会論文集. 56. (1990)
• [文献書誌] 高城敏美: "非定常噴霧流における支配パラメータの導出" 日本機械学会論文集(B). 56. (1990)
• [文献書誌] 横田治之: "画像計測によるディーゼル噴霧・火災の研究(第2報噴射圧力,噴口径,噴射率パターンが噴霧・燃焼特性に及ぼす影響)" 第8回内燃機関合同シンポジウム講演論文集. 1-6 (1989)
• [文献書誌] 元永浩: "非定常噴霧火災の構造とすす生成・酸化に関する研究" 日本機械学会第67期通常総会. (1990)
• [文献書誌] 田端道彦: "蒸発過程にあるディーゼル噴霧の平均粒径(第1報,高温高圧下での平均粒径計測法)" 日本機械学会論文集(B). 56. 206-213 (1990)
• [文献書誌] 田端道彦: "蒸発過程にあるディーゼル噴霧の平均粒径(第2報,高温高圧下での粒径測定結果)" 日本機械学会論文集(B). 56. 214-220 (1990)
• [文献書誌] 桂直仁: "Characteristics of a Diesel Spray Impinging on a Flat Wall" SAE Paper No.890264. (1989)
• [文献書誌] 桂直仁: "壁面衝突ディーゼル噴霧の性状(その2)" 日本機械学会論文集(B). 56. 227-234 (1990)
• [文献書誌] 長江正浩: "壁面衝突ディーゼル噴霧の性状(第3報.斜め衝突の場合)" 第8回内燃機関合同シンポジウム講演論文集. 33-38 (1989)