レーザ誘起エキサイプレックス蛍光法を用いた燃料噴霧時空間濃度の計測とモデル化

使用激光诱导激基复合物荧光方法测量和建模燃油喷雾时空浓度

基本信息

批准号：
22KJ3000
负责人：
松田大
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Doshisha University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ3000/
关键词：
Spray combustion Atomization Mixture formation Optical measurement

项目摘要

これまで，燃料噴霧の混合気形成過程において，計測の困難さから噴霧の蒸気濃度の定量的な計測はされておらず，実機関での燃焼制御および現象解明に貢献する詳細な計測が求められている．本研究では，燃料噴霧の濃度計測として定容容器を用いた燃料温度，雰囲気温度，噴霧の衝突壁面の温度を制御できる実験装置系を構築した．噴霧の蒸気濃度分布の定量計測手法は雰囲気が一様な温度場を対象としたものであったが，計測法を改良することで不均一な温度場においても定量的に計測することを可能とした．そして燃料噴射圧力，雰囲気密度を実験パラメータとした噴霧の混合気形成過程の解析を行った．また，噴霧の微粒化特性を解明するために，噴霧の全領域(60 mm×30 mm)を液滴スケール(解像度約1μm/pix)で計測可能な撮影手法における画像解析手法を開発し，従来よりも微小な液滴の計測を実現した．この画像処理手法では，一般的に考慮される撮像レンズ系のみで決定される被写界深度に加えて，被写体形状の影響をうける被写体深度を考慮することで測定空間を固定した高精度な噴霧の粒径分布を解析できる．そして，燃料噴霧の混合気形成過程の予測を目的とした数値シミュレーションコードの開発として，噴霧の噴射過程における分裂モデル(1次分裂モデル)の開発に取り組んでいる．従来の分裂モデルでは気液界面の不安定性による表面波の成長を特定の波長のみ解析されているが，本モデルはノズル内乱流における圧力変化過程，ノズル内乱流の乱れ，液体噴流内部の乱れ，気液界面における表面波の発達過程を乱流の分散特性を考慮してモデルに導入する検討をしている．

迄今为止，由于燃料喷雾的混合物形成过程中的测量困难，尚未对燃料喷雾的蒸气浓度进行定量测量，因此需要进行详细的测量，这将有助于实际中的燃烧控制和现象阐明。是的。在本研究中，我们构建了一个实验设备系统，可以控制燃料温度、环境温度和喷雾冲击壁表面的温度，使用定容容器来测量燃料喷雾的浓度。定量测量喷雾的蒸气浓度分布的方法是针对均匀气氛的温度场，但通过改进测量方法，现在即使在不均匀的温度场也可以定量测量。然后，我们以燃油喷射压力和大气密度为实验参数，分析了喷雾混合物的形成过程。此外，为了阐明喷雾的雾化特性，我们开发了一种利用成像方法的图像分析方法，可以在液滴尺度上测量喷雾的整个区域（60毫米×30毫米）（分辨率约为1 μm/pix），这使得能够测量更小的液滴。这种图像处理方法除了通常考虑仅由成像镜头系统决定的景深之外，还考虑了受拍摄对象形状影响的景深，可以分析其颗粒尺寸分布。。我们还致力于开发喷雾喷射过程中的分裂模型（一阶分裂模型）作为数值模拟代码，旨在预测燃油喷雾的混合物形成过程。传统的分裂模型中，仅在特定波长处分析由于气液界面不稳定性而导致的表面波的增长，但该模型分析了喷嘴内湍流中的压力变化过程、喷嘴内的湍流、湍流在液体射流内部，我们正在考虑将气液界面处的表面波的发展过程引入到模型中，同时考虑湍流的色散特性。