噴霧の生成メカニズムとそのモデリングに関する基礎的研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650189
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 稲村 隆夫 弘前大学, 理工学部, 教授 (10143017)
• Keywords: 液体微粒化 / 液体噴流 / 分裂機構 / 数値シミュレーション / 安定解析 / 微粒化特性 / 自動車用インジェクター / ロケット噴射器

Research Abstract

本研究は,噴孔より気流中に噴射直後の液柱表面に初生した乱れが気液の相対速度によって増幅し,分裂に至る過程を実験的ならびに理論解析によって明らかにし,実測値を必要としない汎用性のある噴霧流動数値シミュレーション構築のため,噴霧生成のモデリングを行うことを目的としている。
本年度は,まずピエゾ圧電セラミック素子を用いて,噴孔より噴射時の液柱に振動を与え,液柱表面上の乱れの挙動を写真により観察した。ピエゾ圧電素子に印加する電圧の周波数,液柱の噴出速度ならびに周囲気流速度を種々に変えながら液柱の挙動を写真観察し,液柱表面が最も不安定になる乱れの周波数と気液相対速度の関係を調べた。つぎに,液柱表面上に初生した乱れの周波数と液柱分裂周波数の関係を定量的に調べるため,噴射弁下方に赤色光シートを照射し,透過光量の変動を測定した。透過光量の変動を周波数解析し,噴霧濃度変動の周波数成分を求めた。これらの実験的解析を行った結果,以下の点が明らかとなった。
(1)静止気流中に液柱を噴射した場合,液柱の噴出速度が8m/s前後で9.3kHzの高周波成分の乱れの減衰が最も小さい。
(2)気流中に液柱を噴射した場合,気流速度が小さい条件では,噴霧濃度の変動成分中に5kHz以下の低周波数成分と10kHz付近の高周波成分が混在し,気流速度の増大とともに10kHz付近の高周波成分が強くなる。さらに気流速度が増大すると,あらゆる周波数成分の波が現れるようになる。
(3)気流速度が17.7〜44.2m/sの条件では,噴霧濃度の変動成分中の10kHz付近の高周波成分は,ピエゾ素子により加振した方が小さくなる。気流速度がかなり大きくなると,加振した方がより上流から噴霧生成が行われるようになる。

Research Products

• [Publications] T.Inamura, K.Miyata, H.Tamura, H.Sakamoto: "Spray Characteristics of Swirl Coaxial Injector and Its Modeling"37th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. 1-9 (2001)
• [Publications] T.Inamura, M.Daikoku: "Numerical Simulation of Droplet Formation from Coaxial Twin-Fluid Atomizer"Atomization and Spraysに掲載予定. 12-2. (2002)