水素混焼が舶用ディーゼル機関のすす粒子特性に及ぼす影響

氢气混烧对船用柴油机烟尘颗粒特性的影响

• 批准号: 22K04549
• 负责人: 林田 和宏
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kitami Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04549/
• 关键词: 拡散燃焼; すす粒子; 水素混焼; レーザラマン分光; 噴霧燃焼; ディーゼル機関

「水素混焼ディーゼル機関」から排出されるすす粒子（ブラックカーボン）は，従来のディーゼル機関よりも排出量が少ないことが報告されている．しかし，排出されるすす粒子の粒子特性が，従来のディーゼル機関とどのような違いがあるのかは明確ではない．そこで本研究では，水素混焼がディーゼル機関から排出されるすす粒子特性に及ぼす影響を明確にすることを目的としている．令和４年度は，火炎構造が比較的単純な気体燃料の層流拡散火炎を測定対象とし，火炎内で生成するすす粒子の粒子特性に及ぼす水素添加の影響について検討を行った．気体燃料（エチレン）を円管ノズルから噴出させ，その周囲に空気と水素を混合した雰囲気ガスを流すことで，測定対象とする定常な層流拡散火炎を形成した．そして，石英ガラス製のサンプリングプローブを用い，火炎中心軸上の各位置で燃焼ガスを吸引することで石英繊維フィルタにすす粒子を採取し，採取したすす粒子のナノ構造をレーザラマン分光法で解析した水素添加の有無で比較を行った結果，水素を雰囲気ガス中に添加した火炎の方が火炎長さが長くなることが確認された．水素は拡散係数が大きいので，水素が火炎内に拡散することですす粒子生成メカニズムが変化したものと考えられる．また，すす粒子を構成する炭素結晶子サイズは，水素を添加した火炎の方が小さくなることが明らかとなった．炭素結晶子サイズが小さくなる結果については，水素を雰囲気ガス中ではなく，燃料側に添加して実験を行った他の研究グループによる先行研究の結果と対応するものである．

据报道，氢混合燃烧柴油机排放的烟尘颗粒（黑碳）量低于传统柴油机。然而，尚不清楚排放的烟灰颗粒的颗粒特性与传统柴油发动机的颗粒特性有何不同。因此，本研究的目的是阐明氢气混烧对柴油机排放烟灰颗粒特性的影响。 2020财年，我们测量了火焰结构相对简单的气体燃料的层流扩散火焰，并研究了氢的添加对火焰内产生的烟灰颗粒的颗粒特性的影响。通过从圆管喷嘴喷射气态燃料（乙烯）并在其周围流动由空气和氢气的混合物组成的大气气体，形成稳定的层流扩散火焰以进行测量。然后，使用石英玻璃取样探头，在火焰中心轴上的各个位置吸入燃烧气体，将烟灰颗粒收集到石英纤维过滤器上，并使用激光拉曼光谱分析所收集的烟灰颗粒的纳米结构。比较添加氢气和未添加氢气的火焰，结果确认，在气氛气体中添加了氢气的火焰中，火焰长度更长。由于氢具有大的扩散系数，因此认为氢扩散到火焰中改变了烟灰颗粒的生成机制。研究还表明，在添加氢气的火焰中，构成烟灰颗粒的碳微晶尺寸更小。碳微晶尺寸减小的结果与其他研究小组之前的研究结果相对应，这些研究小组通过向燃料侧而不是大气气体中添加氢气进行了实验。