| 研究課題/領域番号 |
20K04922
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| 研究機関 | 大阪府立大学 |
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研究代表者 |
瀬川 大資 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00264804)
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| 研究分担者 |
片岡 秀文 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (10548241)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 液滴群燃焼 / 自発着火 / PM |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，噴霧燃焼における着火促進とPM低減のための指針を示すことを目的として，全体がほぼ球形となるように微細燃料粒子が等間隔で配置された燃料粒子群を実際に作成し，これを酸素を含む高温の雰囲気中に置いて，融解，蒸発，自発着火，液滴群燃焼させる実験を行っている．そして，光学観測により自発着火の遅れ時間と挙動，群燃焼の時間と挙動，および液滴群の内外に生成されるPMの挙動を，数値データ化している．本年度は，感染症対策として，実験および作業の実施者が密集しないようにするため，準備時間が短くなる実験条件で，地上実験により基礎データを取得し，自発着火，群燃焼，およびPM生成の概要を確認した．また，微小重力実験の実施に向けて，光学系の構築と装置全体の強度向上の作業を進めた．
地上実験では，4個の微細燃料粒子が等間隔で配置された燃料粒子群，または単一燃料粒子を用意し，高温空気中で自発着火させて，生成されるPMの挙動を，現有の光源を利用した透過光減衰法により観察した．なお，燃料粒子群を構成する1個と同じ大きさの単一燃料粒子の場合を，粒子の間隔を大きくした場合の極限で，4個をまとめた大きさ（同一容積）の単一燃料粒子の場合を，粒子の間隔を小さくした場合の極限と考える．このとき，粒子直径の5倍程度の粒子間隔で，PMの最大生成量が極大となることが示唆される結果が得られた．一方，単一燃料粒子を比較的温度の低い高温空気中に保持すると，明らかな発光をともなわずに温度が上昇し，冷炎の発生が示唆される結果が得られた．空気温度を高くすると，冷炎発生の遅れ時間は短くなり，温度上昇は小さくなった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
研究期間の最初の年度である本年度は，感染症対策として，実験および作業の実施者が密集しないようにするため，準備時間が短くなる実験条件で，地上実験により基礎データを取得し，自発着火，群燃焼，およびPM生成の概要を確認した．また，微小重力実験の実施に向けて，光学系の構築と装置全体の強度向上の作業を進めた．
地上実験では，燃料粒子群を高温空気中で自発着火させる実験を行い，粒子間隔を変えたときに，PMの最大生成量が極大値を示すことが確認された．また，単一燃料粒子を自発着火させる実験により，単一燃料粒子は，粒子の間隔を大きくした場合と小さくした場合の極限に相当する結果も得られた．再現性を確認するために複数回の実験を行ったが，その過程で実験装置の改善点が見出された．いくつかの問題は解消されたが，一部については次年度早々に対応する．透過光減衰法のための光学系の構築も完了しておらず，次年度の早い段階で対応する．単一燃料粒子を比較的温度の低い高温空気中に保持したときには，空気温度を高くすると，冷炎発生の遅れ時間は短くなり，温度上昇は小さくなることが確認された．冷炎発生の遅れ時間は比較的長いことから，微小重力実験の実施に向けては，燃料粒子の微細化も必要となるが，粒子の大きさも変えた本年度の地上実験の結果より，ある程度見通しが立ったと思われる．
微小重力実験の実施に向けては，実験装置の強化とともに，自由落下施設での練習実験が必要となるが，感染症対策として，実験および作業の実施者が密集しないようにしたため，進捗が遅れている．次年度は，実施者の増員で対応することを予定している．
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度も，当面は感染症対策として，実験および作業の実施者が密集しないようにする必要があるため，実施者の増員で対応することを予定している．
PM生成に着目した実験については，引き続き微細燃料粒子が等間隔で配置された燃料粒子群，または単一燃料粒子を用意し，高温空気中で自発着火させて，生成されるPMの挙動を観察する．そのため，実験装置の改良を早々に行うとともに，続けて透過光減衰法のための光学系の構築を進める．また，地上実験において高温空気の温度や燃料粒子の大きさの影響を検討しながら，自由落下施設での練習実験に向けて，並行して実験装置の強化，主に電気炉を支える構造部材の補強を進める．
冷炎の発生に着目した実験についても，引き続き単一燃料粒子を用意し，比較的温度の低い高温空気中に保持して，粒子周囲での温度変化から冷炎発生を観測する．微細化した燃料粒子を試料として，自由落下施設での練習実験を開始する．その過程で実験装置や実験方法の改善点を見出し，問題を解消しながら，微小重力実験への準備を進める．また，燃料粒子群への展開や，冷炎検出方法の改善を課題として，引き続き地上実験も実施する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度は，感染症対策として，実験および作業の実施者が密集しないようにしたことから，デモ機を借用して，実施者が対面で光学系構築について検討する時期が，非常に遅くなった．そのことにより，その光学機器の導入が遅れて，関連して必要となる光学部品を購入する時間が確保できなかった．次年度の早い段階で光学系の構築を進め，追加する光学部品の購入費用として支出する．
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