Application of Ammonia Spray Combustion to Marine Propulsion Main Engines by Axial Stratification

轴向分层氨喷雾燃烧在船用推进主机上的应用

• 批准号: 22H01704
• 负责人: 田島 博士
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01704/
• 关键词: アンモニア; 舶用機関; ブローダウン; 成層燃焼; 予混合圧縮自着火; 直接噴射; 定容容器; 脱炭素化; 成層化燃焼

本研究は，舶用機関の大きなS/B比とブローダウン時排気の筒内再導入を活用して，混合気の軸方向成層化を実現し，シリンダ下方の主燃焼空間ではNH3の希薄予混合燃焼，シリンダ上方の副燃焼空間では高温・低酸素濃度雰囲気下でのNH3を主とするHCCI燃焼という異種の燃焼を組み合わせることで，高熱効率と低排出物化を維持したまま航行時のCO2排出ゼロの実現に寄与できる舶用推進主機を実現することを目的としている．平成4年度は，アンモニア噴霧燃焼の基本特性を把握するため，定容容器内のアンモニア噴霧の発達過程の可視化計測および数値予測から研究に着手している．定容容器内の噴霧発達過程の可視化計測については，高圧で常温ないし高温の空気中で舶用機関相当の噴射圧で液相アンモニアを噴射し，その先端到達距離を調査した．高温雰囲気条件では，軽油噴霧の近接パイロット噴射によるアンモニア噴霧への強制着火と助燃効果を調査した．PLIFによるアンモニア-空気予混合火炎中のNO生成過程の可視化観察については，予算の適正使用に鑑み，配備可能なPLIFシステムについて追調査を行い，既存設備を転用可能なことから当初計画のとおり西華DI社製システムを選定している．次に，数値予測に関しては，KIVA-3V＋CHEMKINに中村らのアンモニア酸化反応の詳細反応スキームを実装して，定容容器内の噴霧発達過程と燃焼過程を数値予測し，上記計測結果と比較した．本手法は，次年度以降で使用単流掃気模擬装置(UFSM)や急速圧縮膨張装置(RCEM)における現象予測に使用するCONVERGEにも適用可能である．また，最終年度に実施予定のRCEMを用いた燃焼実験に先行する試みとして，アンモニアの直接噴射拡散燃焼と吸気管内噴射予混合燃焼をRCEMに適用し，その基本的な燃焼特性を筒内圧経過の解析と排出物の計測を通じて把握した．

In this study, the reintroduction of exhaust gas into the cylinder at high S/B ratio of the engine is utilized, the stratification of mixed gas in axial direction is realized, the mixed combustion of NH3 is expected to be thin in the main combustion space below the engine, and the heterogeneous combustion is expected to be combined in the main combustion space above the engine under high temperature and low acid concentration. High heat efficiency, low emission, CO2 emission during navigation, and propulsion. In 2004, the basic characteristics of spray combustion were grasped, and the visual measurement and numerical prediction of spray development process in constant volume containers were carried out. The visual measurement of spray delivery process in constant volume container was carried out to investigate the corresponding injection pressure, liquid phase delivery, and tip arrival distance of spray delivery mechanism in high pressure, normal temperature, high temperature and air. Investigation on the effect of forced ignition and combustion of oil spray under high temperature and ambient conditions.PLIF investigation on NO formation process in mixed fire. Existing equipment may be used in different ways. KIVA-3V+CHEMKIN is used to predict the numerical value of spray development process and combustion process in constant volume container. This method is applicable to phenomenon prediction using a single flow sweep simulator (UFSM) and a rapid expansion device (RCEM) in the coming year. In the final year, the RCEM is applied to the combustion process, such as direct injection combustion and mixed combustion in the suction pipe. The RCEM is applied to the basic combustion characteristics, the analysis of the pressure in the cylinder, and the measurement of the exhaust.