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

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。