微小重力環境を利用した液滴燃料の自発点火過程に及ぼす音響振動場の影響

微重力环境下声振动场对液滴燃料自燃过程的影响

基本信息

批准号：
04J10856
负责人：
今村宰
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J10856/
关键词：
液滴燃焼微小重力環境自発点火音響振動場

项目摘要

内燃機関などにおいて噴霧の燃焼は広く用いられており,噴霧の燃焼に関する研究やその最も簡略なモデルである単一液滴の点火,燃焼に関する研究は,燃焼器の安全性,高効率化,環境汚染物質の低減などの観点から重要である.実際の燃焼器には音響振動が存在することから,本研究では音響振動が噴霧の基礎的なモデルである液滴の点火現象に与える影響について調べた.本研究では特に低周波数に注目して,音響場中での単一液滴の点火現象について,数値計算および対向ピストンを用いて生成した模擬的な音響場を用いた実験を行った.以下では,速度変動が存在せず圧力変動のみが存在する場合について記述するが,これは定在音響場における圧力振動の腹の状態に対応している.数値計算においては,液滴中心を原点とする球対称1次元と仮定して,圧力変動のみが存在するとして計算を行った.雰囲気温度は850Kで一定であり,雰囲気圧力は2〜5bar,圧力変動は最大で200mbar,音響周波数は2.5〜5Hzである.燃料は正ヘプタンであり,12stepの化学反応モデルを用いた.計算結果から,圧力変動が存在すると点火遅れ時間は一般的には減少したが,2barの場合においては,初期位相によって点火遅れが増大する場合と減少する場合とか存在し,点火遅れ後期において加圧されている場合は点火遅れ時間が短くなり,減圧される場合は点火時間が長くなる傾向が見て取れた.これは点火遅れ時間の後期において,圧力振動による加減圧が化学反応に影響を及ぼしているためと考えられる.点火遅れの変化は本研究のパラメーターの範囲では最大で5パーセント程度であった.同様なパラメーターにおいて,上述の模擬的な音響場中における単一液滴の点火実験を行ったが,圧力変動が点火遅れに及ぼす顕著な影響は観察されなかった.これは雰囲気温度が比較的高温のため,点火遅れ時間が短いためと予想された.

喷雾燃烧广泛应用于内燃机等领域，并且对喷雾燃烧及其最简单的模型（单液滴的点火和燃烧）的研究已被用于提高燃烧器的安全性、高效率和环境。减少污染物的观点等由于实际燃烧器中存在声振动，因此本研究研究了声振动对液滴点火现象的影响，这是喷雾的基本模型，我们重点研究声场中的单个液滴。关于点火现象，我们使用数值计算和使用对置活塞产生的模拟声场进行了实验。下面，我们将描述没有速度波动而只有压力波动的情况，但是在固定声场中的压力这对应于振动波腹的状态。在数值计算中，我们假设以液滴中心为原点的一维球对称，并假设仅存在压力波动进行计算。环境温度恒定在850K，大气压为2~5 bar，压力。最大波动为200 mbar，声波频率为2.5-5 Hz，燃料为正庚烷，采用12步化学反应模型，从计算结果来看，当存在压力波动时，点火延迟时间普遍减小。 ,2b在AR情况下，根据初始阶段，点火延迟时间有增加的情况和减少的情况，在点火延迟的后期，如果压力增加，点火延迟时间会变短，并且如果压力降低，点火延迟时间将会变长。这被认为是由于在点火延迟时间的后半段，由于压力波动而导致的压力增减对化学反应产生了影响。点火延迟时间的变化最多约为5%。在本研究中使用的参数范围相似的情况下，我们在上述模拟声场中进行了单滴点火实验，但没有观察到压力波动对点火延迟的显着影响，这是因为环境温度相对较高。因此，预计点火延迟时间较短。