光ファイバ温度計を用いたディーゼル燃焼の乱れ特性解析

光纤温度计分析柴油燃烧湍流特性

• 批准号: 08650268
• 负责人: 石田 正弘
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Nagasaki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08650268/
• 关键词: ディーゼル機関; 定常乱流拡散火炎; 光ファイバ温度計; 半導体レーザ2焦点流速計; 火炎の乱れ強さ; 等方性乱れ; パワースペクトル密度解析; 自己相関係数解析

本研究では、ディーゼル燃焼の拡散燃焼期における乱れ特性を明らかにするため、先ず、バーナーによる定常乱流拡散火炎の場において、半導体レーザ2焦点流速計を用いて火炎のガス速度変動を、また、2色法を原理とする光ファイバ温度計を用いて火炎の温度変動を計測し、拡散火炎の温度分布および乱れ構造を追究した。次いで、ディーゼル機関燃焼室において、多サイクルに亘って連続計測された燃焼圧力および火炎温度変動の時系列データから乱れを抽出し、両者のスペクトル密度解析および自己相関係数解析により、ディーゼル燃焼拡散燃焼期の乱れ特性を追究した。得られた主な成果は以下のとおりである。定常乱流拡散火炎について、(1)光ファイバ温度計に、適切なレンズシステムを組合せることにより、火炎の局所的な時間平均温度および乱れ強さの空間分布を精度良く計測できること、(2)サンプル時刻が不等間隔な時系列データに相関スロット法を適用することにより、火炎のガス速度、火炎温度およびすす粒子濃度の乱れスペクトルが解析されること、(3)計測された時間平均温度、温度乱れ強さ、ガス速度、速度乱れ強さのx,y,z3軸方向分布から、定常乱流拡散火炎の乱れ特性および周囲空気のエントレインメントとの関係などが示された。また、ディーゼル機関の燃焼変動について、(4)燃焼圧力の乱れ強さと燃焼初期の最大圧力上昇率の間には極めて顕著な相関があること、(5)ディーゼル燃焼における拡散燃焼期の火炎温度の乱れ強さは、燃焼開始初期の最大圧力変動と顕著な相関があること、(6)ディーゼル燃焼の拡散燃焼期の火炎温度の乱れは、等方性乱れに近く、乱れの積分時間スケールは、パイロット噴射によって小さくなることなどが示された。

本研究为了明确柴油燃烧扩散燃烧阶段的湍流特征，首先利用半导体激光双焦点风速计在燃烧器引起的稳态湍流扩散火焰场中测量了火焰的气体速度脉动。采用基于双色法的光纤温度计测量火焰温度波动，研究扩散火焰的温度分布和湍流结构。接下来，从柴油机燃烧室中多个循环连续测量的燃烧压力和火焰温度波动的时间序列数据中提取扰动，并利用两者的谱密度分析和自相关系数分析来确定柴油燃烧我们研究了该时期的扰动特征。得到的主要结果如下。对于稳态湍流扩散火焰，（1）通过将光纤温度计与适当的透镜系统相结合，可以精确测量火焰的局部时均温度和湍流强度的空间分布；将相关时隙方法应用于采样时间不均匀的时间序列数据，分析火焰气体速度、火焰温度和烟灰颗粒浓度的湍流谱（3）测量的时间平均温度、温度湍流强度、气体速度和在x、y和z三个方向上的速度湍流强度；轴方向；分布揭示了稳定湍流扩散火焰的湍流特征及其与周围空气夹带的关系。关于柴油机的燃烧波动，我们还发现：（4）燃烧压力湍流的强度与燃烧初期的最大压力上升率之间存在极显着的相关性；（5）燃烧初期的火焰温度与柴油燃烧扩散燃烧期湍流的强度与燃烧开始时的最大压力脉动有显着相关性；(6)柴油燃烧扩散燃烧期火焰温度的湍流接近于各向同性湍流，积分湍流的时间尺度为 表明引燃喷射减小了尺寸。

项目成果

M.Ishida,D.Sakaguchi and G-F.Luo: "Measurement of Combustion Fluctuation in Diesel Engine by means of Optical Fiber Thermometer" Proceeding of the 3rd International Marine Engineering Conference 1996. 1. 2.15.1-2.15.8 (1996)

M.Ishida，D.Sakaguchi，G-F.Luo：“用光纤温度计测量柴油机燃烧波动”1996年第三届国际海洋工程会议论文集。1.2.15.1-2.15.8（1996）

植木弘信、胡 恩〓、石田正弘、坂口大作: "乱流拡散火炎の速度と温度の乱れ" 日本機会学会九州支部講演論文集. No.978-1(発表予定). (1997)

Hironobu Ueki、En Hu、Masahiro Ishida、Daisaku Sakaguchi：“湍流扩散火焰的速度和温度扰动”日本机械工程师学会九州分会论文集第 978-1 号（待发表）。