| 研究課題/領域番号 |
15K17981
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
上道 茜 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10734155)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 燃焼 / 着火遅れ時間 / Livengood-Wu積分 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，レシプロエンジンにおける複雑で高速な燃焼過程を理解するための「レシプロエンジン燃焼過程ビューア」の開発を行う．1年目にあたる平成27年度は，着火燃焼現象に着目し，マイクロフローリアクター（以下，MFR）中に形成される火炎とエンジン内の自着火現象を関連づけることを試みた．まず，先行研究を参考に，水素平面火炎バーナによって外部から定在温度分布を与えたMFRを製作し，定在火炎が形成されることを確認した．次に，メタン，プロパン，ブタンについてMFR中に火炎を形成し，火炎画像を取得し，予混合気流速に応じて，強い発熱，発光を伴う安定した火炎であるNormal flameと微弱な発熱，発光を伴うWeak flameが観察された．着火遅れ時間の推定にあたっては，エンジンの着火時期の推定に用いられているLivengood-Wu積分を用いる方法を考案した．この推定手法を用いて算出した着火遅れ時間と文献値から得られた着火遅れ時間を比較した結果，MFRで形成されるWeak flameを用いて推定をした場合，Normal flameよりも文献値に近い値を得ることができたが，定量的な一致はみられなかった．また，実験から得られる火炎位置と詳細反応を考慮した0次元計算から得られる着火遅れ時間との相関を調べたところ，これらの間には相関がみられなかった．マイクロフローリアクターに形成される火炎（着火）は，0次元計算による着火とはメカニズムが異なると考えられる．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
レシプロエンジン燃焼過程ビューアについて，本年度はマイクロフローリアクターの設計および製作と，着火現象に関してLivengood-Wu積分を用いた着火遅れ推定手法の構築に注力した．当初，予混合気の流量によって火炎発生位置の制御を試みたが，火炎位置の制御が困難であった．これは予混合気自身からの発熱だけでなく，外熱によるエネルギー流入があるため，着火燃焼メカニズムが異なるためである．このメカニズムについて詳細に解明をする必要がある．
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| 今後の研究の推進方策 |
申請段階ではレシプロエンジン燃焼過程ビューアは，マイクロフローリアクターと火炎伝播管から構成するものとしたが，これまでの研究から，マイクロフローリアクターにおける着火燃焼現象は，外熱によるエネルギーの流入があるために一般的に考えられる燃焼現象とは異なることがわかった．そのために，想定していたビューアの挙動を実現することができないため，研究目的達成のためには，まず，マイクロフローリアクターにおける着火燃焼メカニズムを明らかにする必要がある．メカニズム解明に当たっては，1次元理論解析を行う．解析手法としては，次元解析，漸近解析等を検討している．
また，燃料については，ノルマルブタンで多段酸化反応の観察を予定していたが，常圧では多段酸化反応は発生しないことがわかったため，単段酸化反応に焦点を絞る．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
実験装置の構成のうち，マイクロフローリアクター実験装置について注力して製作したため，実験装置一式製作費が当初の見積りよりもかからなかったため．また，想定したよりも旅費がかからなかったため．
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| 次年度使用額の使用計画 |
マイクロフローリアクター実験装置への追加加工費用，マイクロフローリアクターにおける着火燃焼メカニズムを解明するための燃焼詳細反応計算に用いるワークステーション購入費用．
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