Application of Ammonia Spray Combustion to Marine Propulsion Main Engines by Axial Stratification

轴向分层氨喷雾燃烧在船用推进主机上的应用

• 批准号: 22H01704
• 负责人: 田島 博士
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01704/
• 关键词: アンモニア; 舶用機関; ブローダウン; 成層燃焼; 予混合圧縮自着火; 直接噴射; 定容容器; 脱炭素化; 成層化燃焼

本研究は，舶用機関の大きなS/B比とブローダウン時排気の筒内再導入を活用して，混合気の軸方向成層化を実現し，シリンダ下方の主燃焼空間ではNH3の希薄予混合燃焼，シリンダ上方の副燃焼空間では高温・低酸素濃度雰囲気下でのNH3を主とするHCCI燃焼という異種の燃焼を組み合わせることで，高熱効率と低排出物化を維持したまま航行時のCO2排出ゼロの実現に寄与できる舶用推進主機を実現することを目的としている．平成4年度は，アンモニア噴霧燃焼の基本特性を把握するため，定容容器内のアンモニア噴霧の発達過程の可視化計測および数値予測から研究に着手している．定容容器内の噴霧発達過程の可視化計測については，高圧で常温ないし高温の空気中で舶用機関相当の噴射圧で液相アンモニアを噴射し，その先端到達距離を調査した．高温雰囲気条件では，軽油噴霧の近接パイロット噴射によるアンモニア噴霧への強制着火と助燃効果を調査した．PLIFによるアンモニア-空気予混合火炎中のNO生成過程の可視化観察については，予算の適正使用に鑑み，配備可能なPLIFシステムについて追調査を行い，既存設備を転用可能なことから当初計画のとおり西華DI社製システムを選定している．次に，数値予測に関しては，KIVA-3V＋CHEMKINに中村らのアンモニア酸化反応の詳細反応スキームを実装して，定容容器内の噴霧発達過程と燃焼過程を数値予測し，上記計測結果と比較した．本手法は，次年度以降で使用単流掃気模擬装置(UFSM)や急速圧縮膨張装置(RCEM)における現象予測に使用するCONVERGEにも適用可能である．また，最終年度に実施予定のRCEMを用いた燃焼実験に先行する試みとして，アンモニアの直接噴射拡散燃焼と吸気管内噴射予混合燃焼をRCEMに適用し，その基本的な燃焼特性を筒内圧経過の解析と排出物の計測を通じて把握した．

这项研究的目的是通过利用海洋发动机的较大S/B比来实现混合物的轴向分层，并在排列期间重新引入废气，以实现混合物的轴向分层，并结合不同类型的燃烧，例如在Cylinder和HCCI振动下方的主要燃烧空间中瘦的NH3在较高的浓度和HCCI量中的高度温度下，并在高度燃料中的较高的NH3中，这是一份高度的NH3。气缸上方的燃烧空间，以实现一台海洋推进机，该机器可以在导航过程中导致零CO2排放，同时保持高热效率和低排放。 1992年，为了了解氨喷雾燃烧的基本特征，通过在固定容器容器中可视化和数值预测氨喷雾的发育过程来进行研究。为了在固定体积容器中可视化喷雾开发过程，在高压和室温和高温空气中喷洒液相氨或在船用发动机处的高温空气，在相当于海洋发动机的喷雾压力下，并研究了到达尖端的距离。在高温大气条件下，我们研究了强迫点火和通过接近驾驶飞行员喷射轻油喷雾剂对氨喷雾剂的效果。关于使用PLIF可视化氨水中的没有发电过程，鉴于预算的适当使用，我们对可以部署的PLIF系统进行了其他调查，并且由于可以重新使用现有设备，因此Seika di制造的系统是最初计划的。接下来，关于数值预测，Nakamura等人在KIVA-3V + Chemkin上实现了用于氨氧化反应的详细反应方案，从数值上预测了固定量容器中的喷雾开发过程和燃烧过程，并将其与上述测量结果进行了比较。该方法也可以应用于收敛，该方法用于预测单次清除模拟器（UFSM）中的现象以及下一个财政年度及以后使用的快速压缩和扩展设备（RCEM）。此外，为了尝试使用RCEM推进燃烧实验（计划在最后一年进行的燃烧实验），将直接注入氨的扩散燃烧和预注射注射内注射内注射燃烧应用于RCEM，并且通过分析壳体内压力进程和测量的分析，可以理解基本的燃烧特性。