| 研究課題/領域番号 |
22H01415
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
渡邊 裕章 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (60371598)
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| 研究分担者 |
北川 敏明 九州大学, 工学研究院, 教授 (40214788)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 噴霧燃焼 / 一様等方性乱流場 / 着火・燃え広がり / 実験 / 数値解析 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，乱流場における液滴群の着火・燃え広がりと群燃焼の発現メカニズムを明らかにすることを目的に，定容圧力容器実験装置を用いた一様等方性乱流中を分散対流する噴霧液滴クラスターの着火・燃え広がり実験，ならびに同実験を対象とする噴霧燃焼の直接数値計算（Direct numerical simulation, DNS）を実施する．
本年度は，噴霧装置の設計・製作と定容圧力容器実験装置への導入を実施した．噴霧装置は，ディーゼル噴霧用インジェクタ（DENSO社製S560 13H50A）を放電加工により直進噴流型へ改造したインジェクタ，コモンレール，ハイドロポンプ（RiX社製MHP200-1600），燃料フィルター，燃料タンク，およびエアコンプレッサー（藤原産業社製SW-L25MPF-01）により構成した．完成した噴霧装置の噴霧特性を把握するため，供試液体燃料となる正デカンについて，噴射圧および噴射期間と噴射量との関係を調査を行った．
さらに，一様等方性乱流中に分散する噴霧液滴中を伝播する火炎の直接数値計算に着手した．着火・燃え広がりに重要な役割を果たすと考えられる正デカンの低温酸化反応を考慮可能な40化学種277素反応からなる素反応メカニズムを採用した．計算領域を一辺20 mmの立方体とし，格子幅50ミクロン，要素数6,400万とした．一様等方性の初期乱流場は乱流の積分長さスケールと乱れ強さを入力とするエネルギースペクトルモデル式により生成し，噴霧液滴の予蒸発・燃焼期間における乱流の減衰特性について調査を行うとともに，乱流中を噴霧液滴が分散しながら蒸発し，予混合気を形成していく様子を観察した．
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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
本研究では，乱流場における液滴群の着火・燃え広がりと群燃焼の発現メカニズムを明らかにすることを目的に，定容圧力容器実験装置を用いた一様等方性乱流中を分散対流する噴霧液滴クラスターの着火・燃え広がり実験，ならびに同実験を対象とする噴霧燃焼の直接数値計算（Direct numerical simulation, DNS）を実施する．
実験研究においては，当初の計画通りの仕様で噴霧装置の設計・製作，および定容圧力容器実験装置への導入を完了している．また，噴霧装置の噴霧特性の把握も完了し，一様等方性乱流場における噴霧液滴クラスターの着火・燃え広がり実験を可能とした．
数値解析研究においては，着火・燃え広がりに重要な役割を果たすと考えられる正デカンの低温酸化反応を考慮可能な40化学種277素反応からなる素反応メカニズムによる直接数値計算に着手している．乱流の積分長さスケールと乱れ強さをパラメータとした一様等方性の初期乱流場を生成し，噴霧液滴の予蒸発・燃焼期間における乱流の減衰特性や，噴霧液滴の分散，蒸発挙動について明らかにした．
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では，乱流場における液滴群の着火・燃え広がりと群燃焼の発現メカニズムを明らかにすることを目的に，定容圧力容器実験装置を用いた一様等方性乱流中を分散対流する噴霧液滴クラスターの着火・燃え広がり実験，ならびに同実験を対象とする噴霧燃焼の直接数値計算（Direct numerical simulation, DNS）を実施する．
実験研究においては，層流条件に加え，一様等方性乱流の乱れ強さ，ならびに噴霧液滴量（液滴の数密度）をパラメータとする実験を実施し，噴霧液滴の着火・燃え広がり挙動に及ぼすこれらパラメータの影響を明らかにする．
数値解析研究においては，層流条件に加え，一様等方性乱流の乱れ強さをパラメータとする計算を実施し，噴霧液滴の着火・燃え広がり挙動に及ぼすこれらパラメータの影響を数値解析の観点から明らかにする．
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