Study of heat loss reduction mechanism and thermal efficiency improvement method in e-fuel blended fuel based on re-laminarization

基于再层化的电燃油混合燃料热损失降低机理及热效率提升方法研究

• 批准号: 22H01709
• 负责人: 高木 正英
• 金额: $ 11.48万
• 依托单位: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• 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-22H01709/
• 关键词: e-fuel; 壁面熱伝達; 気液二相流; 再層流化; 壁面近傍燃料分布; 混合燃料の着火遅れ

本研究では，「低発熱量のe-fuel」と「既存燃料」の混合によって着火性が大きく変わることで生じる壁面衝突形態に対応した熱損失低減手法として再層流化を提案，熱損失評価モデルを開発することで，エンジン効率向上に寄与する。実験については，「混合比と着火遅れの関係評価」を実施した。e-fuelとして，OME（オキシメチレンエーテル）を用意した。OMEはCH3-O-(CH2-O)n-CH3で表され，オキシメチレン基(CH2-O)の数nによって，OMEnと記載される。今回使用したOMEはOME2~6である。このOMEは既存の舶用燃料に比べて着火性は優れているものの，舶用燃料を構成している代表成分である飽和分，および芳香族分との混合時に着火性と混合比が線形（加成性）になるかは不明である。これらの着火性評価は，FCAと呼ばれる燃料着火性評価装置を用いて，OME2~6と，OME3とセタン価標準燃料であるヘキサデカン，1-メチルナフタレンの混合燃料を対象にして行われた。混合燃料の着火遅れから計算されたセタン価と混合比の関係は，ヘキサデカン，1-メチルナフタレンとも線形に近い結果になった。計算については，「CFDによる壁面衝突状態の予測」を行った。実験で実施される噴孔-壁面間距離を変更し，鉛直方向速度の算出をLESを用いたCFD解析により行った。その結果，ガス噴流の実験結果と同様に，壁面を0としたほぼ等しい速度プロファイルとなることがわかった。また，液相の温度変化，および蒸発を考慮した改良されたVoF(Volume of Fluid)法による壁面衝突位置での燃料液体蒸発の様子を予測するための計算コードの改良，準備を行った。試行として，高温壁面上にある燃料液面に衝突する燃料液滴を対象とした計算を実施し，衝突時の気液界面の移動と，温度，蒸発量分布が予測できることを確認した。

在这项研究中，我们提出了重新层化作为一种​​减少热损失的方法，用于处理由于“低热值电子燃料”和“现有燃料”混合而导致可燃性发生较大变化而发生的壁碰撞模式，开发模型将有助于提高发动机效率。关于实验，我们进行了“混合比与点火延迟之间关系的评估”。 OME（甲醛醚）被制备作为电子燃料。 OME用CH 3 -O-(CH 2 -O) n -CH 3 表示，根据氧亚甲基(CH 2 -O)的个数n记为OMEn。这次使用的OME是OME2-6。虽然这种OME与现有的船用燃料相比具有更优越的可燃性，但可燃性和混合比是线性的（另外还不清楚情况是否会如此。这些可燃性评估是使用称为FCA的燃料可燃性评估装置进行的，针对OME2至6、OME3的混合燃料以及十六烷值标准燃料十六烷和1-甲基萘。对于十六烷和1-甲基萘，根据混合燃料的点火延迟计算出的十六烷值和混合比之间的关系接近线性。在计算方面，进行了“利用CFD预测壁面碰撞条件”。改变实验中使用的喷嘴孔与壁面之间的距离，并使用LES通过CFD分析计算垂直速度。结果，与气体射流的实验结果类似，发现壁面为零时速度分布几乎相同。我们还改进并准备了一个计算代码，用于使用改进的 VoF（流体体积）方法来预测壁碰撞位置处的燃料液体蒸发，该方法考虑了液相和蒸发的温度变化。作为试验，对高温壁上的燃料液滴与燃料液体表面碰撞进行了计算，证实可以预测碰撞时的气液界面的移动、温度和蒸发分布。 。