燃料濃度の時空間的変動スケールに着目した予混合火炎の燃焼特性に関する基盤研究

关注燃料浓度时空变化尺度的预混火焰燃烧特性基础研究

• 批准号: 21K03910
• 负责人: 末永 陽介
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Iwate University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03910/
• 关键词: 燃焼; 成層燃焼; 可燃限界; 火炎伝播; 消炎

自動車用エンジン等の燃焼器の低燃費化とCO2の排出抑制には，燃焼室内における緻密な燃料濃度分布の制御が鍵となる．本研究課題の目的は，ガソリンエンジン内の燃料濃度分布の非定常変化に対する予混合火炎の応答特性を理解することである．令和4年度は，当量比の変動振幅を時間に対して増幅させたときの火炎の応答特性を調査した．ルイス数効果の影響を調査するために，燃料にはメタンとプロパンの二種類を使用した．メタン空気火炎とプロパン空気火炎の平均当量比φmは，定常火炎において燃焼速度が等しい，φm=0.85(メタン)と0.8(プロパン)を選んだ．当量比変動振幅aは0.05とし，当量比変動を与えてから30秒後にaを増幅させた．その結果次のことが明らかとなった．（１）当量比変動周波数fが5Hzの場合，燃料の種類によらず，火炎は当量比変動に追従して応答し，当量比変動振幅aがある値をこえると，火炎は単調に消炎した．（２）f=20Hzにおいて，消炎形態に違いがみられた．すなわち，プロパン空気火炎のCHラジカル発光強度は，aを増幅させていくと，CHラジカル発光の変動振幅も増加していくが，aがある値を超えると，CHラジカル発光は単調に低下して消炎に至る．しかし，メタン空気火炎では，aを増幅させ，aがある値を超えても，周期的に変動するCHラジカルの最大値は，徐々に低下し，やがて消炎に至る(消炎が遅れる)ことが明らかとなった．このことは，濃度変動を与えている火炎が，一時的に消えそうになっても，完全消炎には至らないことを意味しており，当量比変動を与えた場合のメタン火炎はプロパン火炎よりも希薄可燃限界がより希薄側へ拡大することを意味する．

为了减少汽车发动机等燃烧器中的燃料消耗并减少二氧化碳排放，关键是控制燃烧室中的精确燃料浓度分布。该研究主题的目的是了解预混合火焰对汽油发动机燃料浓度分布的非稳态变化的反应特征。在2022年，当等效比的波动幅度随时间扩大时，我们研究了火焰的反应特征。为了研究路易斯数效应的影响，使用了两种类型的燃料：甲烷和丙烷。选择甲烷 - 空气和丙烷空气火焰的平均当量比为φm= 0.85（甲烷）和0.8（丙烷），它们在稳定火焰中具有相同的燃烧速度。等效比率波动振幅A设置为0.05，并在应用等效比波波动后30秒放大A。结果，显示了以下内容：（1）当等效比率波动频率f为5Hz时，火焰会根据等效比率波动的响应，无论燃料类型如何，当等效比率波动振幅a超过一定值时，火焰单调灭绝。 （2）在F = 20 Hz时，抗炎形态存在差异。换句话说，丙烷气火的CH自由基发射强度会随着CH自由基发射而增加，但是当A超过一定值时，CH自由基发射单调降低，从而导致抗Flame。但是，有人发现，在甲烷空气中，a被放大，即使a超过一定值，也会定期降低的CH自由基的最大值，最终导致灭绝（减少灭绝）。这意味着，即使施加浓度波动的火焰即将暂时熄灭，它也不会完全熄灭，并且在经受等效比率波动时的甲烷火焰将扩大稀释易燃极限，向丙烷火焰的瘦侧扩展。

项目成果

周期的当量比変動に対する伸長平面予混合火炎の応答特性に及ぼすルイス数効果

路易斯数效应对细长平面预混火焰周期性当量比波动响应特性的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 妹尾翔平;末永陽介;柳岡英樹;庭田孔明
• 通讯作者: 庭田孔明