超低NOxを目指した噴霧燃焼に関する研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455107
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 廣安 博之 広島大学, 工学部, 教授 (40034326)
• 研究分担者: 清水 正則 近畿大学, 工学部, 教授 (30140320) ; 小田 哲也 鳥取大学, 工学部, 講師 (50253109) ; 吉崎 拓男 広島大学, 工学部, 助手 (30240881) ; 西田 恵哉 広島大学, 工学部, 助教授 (90156076)
• キーワード: NOx / 噴霧 / 燃焼 / 噴霧燃焼 / 予混合燃焼 / 希薄燃焼

研究概要

液体燃料の燃焼は大きく分けて、予混合燃焼と噴霧燃焼に分けられる。予混合燃焼は、燃料の混合比を薄くしていくとNOx排出量は減じていくが、可燃混合比に限界があり、ある値以下では燃焼を継続することができない。一方、噴霧燃焼では、総合当量比はかなり薄くすることができてもNOx排出量を減ずることは困難である。それは、液滴燃焼またはそれに準ずる燃焼が支配的であるため、燃焼領域の濃度が高いことと燃焼時の温度が高いことが主な要因である。
そこで、本研究では、着火時に限りなく希薄予混合燃焼に近く、可燃範囲を広げるために液滴を混在させる(局所的な層状混合気をつくるため)という超低NOx噴霧燃焼を目指した噴霧燃焼方式の実現を試みる。
平成8年度は、第一段階として、噴霧の微粒化過程に関するモデリングのための検証実験、噴霧燃焼シミュレーションによる低NOx化の予測、液滴混在予混合気の火炎伝播特性について研究を行った。
これらの研究の成果を以下にまとめる。
(1)噴霧微粒化モデルの検証が行えモデリングの評価を行うことができた。
(2)噴霧燃焼シミュレーションにより、従来方式の噴霧燃焼では、燃料噴射率を細かく制御してもNOxとスモ-クの同時低減を大幅に行うことが困難であることが予測された。
(3)液滴混在予混合気の火炎伝播速度は、総合当量比が過濃な条件でガス燃料割合に対してピークを持ち、(液滴間距離)/(液滴径)が重要なパラメータになる。

研究成果

• [文献書誌] 小田哲也・ほか3名: "高温高速気流中に噴射した液体燃料の分散・燃焼制御" 第5回微粒化シンポジウム講演論文集. 313-318 (1996)
• [文献書誌] 小田哲也・ほか2名: "側法から高速気流を受ける液体噴流の構造(液滴の直径,速度と分裂挙動の関係)" 日本液体微流化学会誌「微流化」. Vol.5-3 No.11. 107-115 (1996)
• [文献書誌] 小田哲也,廣安博之: "レーザシート法による噴霧断面の可視化法" 日本機械学会論文集B編. 62-599. 2861-2866 (1996)
• [文献書誌] Imanishi, H., et al.: "Simulation Study of Effects of Injection Rate Profile and Air Entrainment Characteristics on D. I. Diesel Combustion" SAE Paper. No. 962059. 1-15 (1996)
• [文献書誌] Imanishi, H., et al.: "Simulation Study of Effect of Air Entrainment Characteristics on NOx and Smoke Emission Using Phenomenological D. I. Diesel Combustion Modeling" Tech. Paper of the 3rd KSME-JSME Thermal Engineering Conference. Vol. 2. 377-382 (1996)
• [文献書誌] Tanishige, R., et al.: "Flame Propagation Processes of Spray Compound Mixtures under Microgravity Environments" Proceedings of Asia-Pacific Conf. on Combustion. (発表予定). (1997)