| 研究課題/領域番号 |
15K13889
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
北川 敏明 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40214788)
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| 研究分担者 |
渡邊 裕章 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60371598)
永野 幸秀 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20567060)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 燃焼 / 粒子状物質(PM) / すす生成機構 / 予混合火炎 / 火炎伸長 / 電子顕微鏡 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は，予混合燃焼による粒子状物質(ParticulateMatter, PM)であるすすの生成に及ぼす火炎伸長の影響を明らかするために，均質過濃混合気の燃焼により生成される粒子状物質について調べた．実験ではイソオクタン-空気均質過濃予混合気を用い，すす生成の臨界当量比付近である当量比1.8の層流火炎の観察および火炎により生成される粒子状物質を捕集し観察した．
この混合気のLewis数は0.96と1よりも小さいため，熱-拡散効果による不安定性によりしわが形成された．そのため，火炎面と考えられる未燃部と既燃部の境界に，既燃部に向かい鋭く突き出たカスプが形成されていた．火炎のレーザー断層写真では，火炎面のカスプの先端から既燃部内に長く延びるすじ状の像が観察された．ここで，Lewis数が1より小さい火炎のカスプ先端部のような負の曲率を有する部分では，熱-拡散効果により火炎の燃焼速度および温度は低下する．このことから，カスプ先端部から既燃部内に長く延びるすじ状の像は，カスプ先端部で火炎が熱-拡散効果を受け消炎もしくは火炎温度が著しく低下し，そのため未燃混合気が火炎の伝播に伴い既燃部に取り残されているものと考えられる．これらの領域では火炎温度の低下により反応があまり進まず，すすが生成されているものと考えられる．また，直接光写真においては，火炎面背後の既燃部において，すじ状に黄赤色の発光が観察された．これは，すじ状に分布するすすの固体輻射によるものと考えられる．
燃焼室内より捕集した粒子状物質を走査透過型電子顕微鏡により観察した結果，要素粒子が鎖状となっている構造が観察された．
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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
本研究では，すすの生成量低減に資するために，球状伝播層流および乱流予混合火炎により，火炎伸長とすすの生成の関係という新たな観点から，すすの生成機構を明らかにする．そして，その知見に基づきすすの生成量低減法を提案することを目的としている．本年度は，負の火炎伸長率を有する位置においてすすが生成されていることを明らかにした．このことから，すすの生成に関わる熱-拡散効果という物理的な観点からの知見を得た．これは，化学反応の観点からの検討にも有用であるも．しかしながら，火炎伸長率とすす生成の定量的な検討には至っていない．
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は，負の火炎伸長率を有するカスプ部においてすすが生成されることを明らかにした．しかしながら，カスプ部での火炎伸長率を得ることは困難なため，すす生成へ熱-拡散効果がどのように影響しているのか，定量的な検討を行うためには，乱流火炎からのすす生成への乱れによる平均的な火炎伸長の影響についての検討ともあわせて，引き続き検討を行う．さらに，どのような乱れの強さおよびスケールがすす生成に影響が大きいかを考慮して，乱れの特性を変化させることにより，すす生成について検討する．乱流火炎からのすす生成特性については，当初の予定通り進める．
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