| 研究課題/領域番号 |
16K06129
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| 研究機関 | 上智大学 |
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研究代表者 |
鈴木 隆 上智大学, 理工学部, 教授 (20206494)
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| 研究分担者 |
一柳 満久 上智大学, 理工学部, 准教授 (00584252)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | エンジン制御 / ガス流動モデル / 熱損失推定モデル / ポリトロープ指数 / 壁面熱流束 |
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| 研究実績の概要 |
熱損失推定モデルの構築および熱流束測定によるモデルの検証を行った．熱損失推定モデルは，エネルギー方程式を基盤として構築し，温度，速度，圧力，密度に対し，平均値と変動成分に分解することで，乱れ成分を考慮した方程式に展開した．方程式を直接解いた場合，温度境界層内の状態量をCFD などにより計算する必要があるが，本申請研究では，温度境界層内に対して，以下のモデル化を行うことで式を簡略化し，CFD を必要としないモデルを構築した．①温度と速度の乱れの変動成分に対して，壁と垂直方向にエンタルピと運動量が輸送されると仮定する．②レイノルズ応力に対して運動量輸送理論を適用し，また流体塊が混合のために移動する距離はプラントルの仮定(混合距離理論) を適用する．③温度境界層内の速度分布は，プラントルの仮定に基づき対数速度分布と仮定する．④主流における渦の角運動量は保存されると仮定する．上記の仮定を用いると，エネルギー方程式はベッセルの微分方程式と変形されるため，解析解から熱伝達率を求める一般式を導出した．ここで，シリンダ内壁を6 領域(①スキッシュ領域上部のシリンダヘッド，②燃焼室領域上部のシリンダヘッド，③シリンダライナ，④ピストン頂面，⑤ピストン側壁，⑥ピストン底面) に分割しガス流動のモデル化を行った．各部位の乱れの影響因子ごとにガス流動モデルを組み合わせる(例えば，ピストン底面はスキッシュ，スワール，噴霧の3 種の乱れ要素，ピストン側壁はスワール，噴霧の2 種の乱れ要素で構成されていると仮定) ことで，空間位置ごとの熱伝達率を求めた．熱損失推定モデルの検証は，燃焼室壁面の熱流束を実測することにより行った．各部位での熱流束を測定するため，単気筒エンジンのシリンダをガラス製からアルミ製に変更し，熱流束センサーの設置およびデータ取得し，熱損失推定モデルの検証を行った．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究成果を、原著論文の投稿ならびに学術講演会にて発表を行うことが出来たため、当初の計画通りに進展していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
燃焼室の壁温・ガス温度推定法の構築を目的として，ポート熱伝達率および冷却水熱伝達率の定式化およびその検証を行う．両モデルは，いずれも円管内乱流熱伝達として考え，ヌセルト数とレイノルズ数との関係を導出することで，流量から熱伝達率を求められるように定式化する．ただし，ポート部に関しては，温度境界層の発達と間欠流であることを考慮する必要があるため，レイノルズ数に加えてグレツ数およびストローハル数を変数とした式として定式化する必要がある．ポート内および冷却水熱伝達モデルの検証は，熱損失推定モデルと同様の手法で，ポート部および冷却水周りに熱流束センサーの設置およびデータ取得を行う．熱伝達率の式の妥当性が確認されたのち，上記2式および熱損失推定モデルから導出された各部の熱伝達率を用いて，熱通過率を求めることで壁温・ガス温度推定法を構築する．
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