| 研究課題/領域番号 |
20K04327
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
堀 司 大阪大学, 工学研究科, 講師 (40744066)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 火炎核成長 / 点火 / 反応 / レーザ計測 / モデリング / プラズマ |
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| 研究実績の概要 |
本研究では燃焼組成が火炎核の初期成長速度や最小着火エネルギ（MIE）に及ぼす影響を把握することを目的としている．本年度は定容容器を用い，静止した予混合気をレーザーにより着火させ，ハロゲンランプを用いたシュリーレン法により火炎の発達過程を撮影し，火炎核径の時系列変化を計測した．液体燃料の供給方法を確立できなかったため，気体燃料のメタン，プロパン，ジメチルエーテルを用いた．容器内圧力は0.1MPaとした．プロパンについては雰囲気圧力の影響を計測するため，0.1MPaに加えて，0.3 MPaと0.6 MPaの実験も行った．まず，定常火炎伝播の状態において，従来研究の層流燃焼速度が得られることを確認し，火炎核の計測を行った．計測結果より，火炎核成長の特性は燃料によらず，予混合気のルイス数が影響することを示した．
さらにレーザによるエネルギー吸収量について計測した．エネルギー吸収量は容器入射前と容器通過後のエネルギー差から算出した．プロパン予混合気に対して，50mJの入射エネルギーに対して，約20mJのエネルギが吸収されており，約40%のエネルギが点火に利用されることがわかった．雰囲気圧力が増加すると，分子数密度が上昇するため，エネルギー吸収割合が増加する．ただし，0.6MPaのエネルギー吸収量は0.1MPaの場合と比べて3mJ（0.6%）の増加となり，雰囲気圧力の影響はそれほど確認できなかった．
次年度はMIEを計測するため，点火エネルギーが火炎核成長速度に及ぼす影響を調べる．また，三次元数値解析を実施し，実験結果と合わせて，火炎核成長過程のモデル式を検討する．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
コロナの影響で装置の発注が遅れたが，10月から実験を本格的に開始し，当初の予定どおりに研究を進めることができた．
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は容器を作成し，燃料組成が火炎核成長速度に及ぼす影響を計測した．レーザーの吸収エネルギについて計測した．MIEの計測も実施できる状態にある．すなわち，本年度は定量的に計測できる手法を確立したといえる．次年度は燃料や計測条件を変更して，定量的なデータを取得していく．燃料には，水素，アンモニアを追加で検討する．
また，申請者らは詳細素反応機構による三次元燃焼解析，またプラズマ反応性流体の三次元計算手法を開発している．そこで，実験と同等の状態をDNSにより解析する．
火炎核成長速度とMIEのモデル化においては，申請者らが開発した火炎核成長の解析解を用いた手法を検討する．解析解の導出には等密度，準定常など多くの仮定を適用しており，実現象との乖離が懸念される．よって，計測結果とDNS結果をモデリングの課題を精査し，改良を進める．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
ソフトウェア（Overleaf）の利用料が当初予定した金額より少なく，1230円の残金が発生した．次年度の物品購入で速やかに使用する．
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