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．

到目前为止，由于在燃油喷雾混合物形成过程中测量喷雾剂的蒸气浓度的困难，尚未进行详细的测量来促进实际发动机中现象的燃烧控制和阐明。在这项研究中，我们构建了一个实验系统，该系统可以使用固定体积的容器来控制喷雾器的燃油温度，大气温度和冲击壁表面的温度，以测量燃油喷雾剂的浓度。喷雾蒸气浓度分布的定量测量方法针对具有均匀大气的温度场，但是通过改进测量方法，即使在不均匀的温度场中，也可以进行定量测量。然后，我们使用燃料注入压力和大气密度作为实验参数分析了混合物形成过程的过程。此外，为了阐明喷雾剂的雾化特征，我们开发了一种图像分析方法，该方法使我们能够以液滴尺度（分辨率约为1μm/pix的分辨率）测量喷雾的整个面积（60 mm x 30 mm），从而实现了比以前更小的液滴的测量。这种图像处理方法允许考虑到受试者的深度（通常由成像透镜系统决定的受试者）以及受物体形状影响的受试者深度，从而使带有固定测量空间的喷雾剂的粒度分布具有固定的测量空间。此外，作为旨在预测燃油喷雾混合物形成过程的数值模拟代码的开发，我们正在努力在喷雾注射过程中开发拆分模型（一阶分裂模型）。在常规的分裂模型中，仅分析了由于气体界面处的不稳定性而导致的表面波长的特定波长。但是，该模型正在考虑引入喷嘴中湍流的压力变化过程，喷嘴中的湍流，液体射流内部的湍流以及在湍流的色散特征中考虑到模型中的气流界面的表面波发育过程。