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．

精确控制燃烧室内的燃料浓度分布是提高汽车发动机等燃烧室的燃油效率和抑制二氧化碳排放的关键。该研究项目的目的是了解预混火焰对汽油发动机中燃料浓度分布不稳定变化的响应特性。 2020年度，我们研究了当量比的变化幅度随着时间的推移而放大时的火焰响应特性。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。选取甲烷空气火焰和丙烷空气火焰的平均当量比φm=0.85（甲烷）和0.8（丙烷），它们在稳定火焰下具有相同的燃烧速度。当量比波动幅度a设定为0.05，并且在施加当量比波动30秒后放大a。结果，以下的事情就清楚了。 (1) 当当量比波动频率f为5 Hz时，无论燃料类型如何，火焰都会跟随并响应当量比波动，当当量比波动幅度a超过一定值时，火焰单调熄灭 ． (2) f=20Hz时，消光模式存在差异。换句话说，对于丙烷空气火焰的CH自由基发射强度，随着a的放大，CH自由基发射的波动幅度也增大，但是当a超过一定值时，CH自由基发射单调减小。已熄灭。然而，在甲烷空气火焰中，很明显，即使a被放大并且a超过一定值，周期性波动的CH自由基的最大值也会逐渐减小并最终达到灭绝（灭绝会被延迟）。这意味着，即使受到浓度波动的火焰出现暂时熄灭，也不会完全熄灭；因此，当量比变化时，甲烷火焰会比丙烷火焰更差。贫燃极限扩展到贫侧。

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

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