高温下における乳化燃料液滴の相分離・ミクロ爆発機構の解明

阐明高温下乳化燃料液滴的相分离和微爆炸机制

• 批准号: 18760562
• 负责人: 両角 仁夫
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Kochi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760562/
• 关键词: 燃焼; 乳化燃料; ミクロ爆発; 相分離; 気泡核生成; 数値解析

燃料油と水を乳化混合した乳化燃料滴を燃焼させた場合、燃料油と水の沸点の違いによりミクロ爆発と呼ばれる燃料滴の自己微粒化現象が生じ、燃焼性が向上する。しかしながら、乳化燃料滴がミクロ爆発を引き起こすメカニズムに関する検討は十分でない。本研究課題では、単一乳化燃料滴がミクロ,爆発に至るメカニズムを実験および理論的に明らかにすることを目的として研究を遂行した。平成19年度は、単一乳化燃料滴における伝熱および分散水滴における気泡核生成を考慮した数値解析モデルを構築し、気泡核生成速度から推算したミクロ爆発強度を基にミクロ爆発発生メカニズムを検討した。さらに、水滴において発生した気泡核の成長挙動を数値解析し、単一乳化燃料滴の加熱過程における気泡核の生成・成長によりミクロ爆発の発生に至るまでのメカニズムについて考察した。実験および数値解析結果より、ミクロ爆発は乳化燃料滴の表面付近の存在する水滴が過熱限界温度に達した時に急激に沸騰することより発生することが示唆された。また、ミクロ爆発強度の推算結果より、乳化燃料滴の加熱温度が高いほどミクロ爆発が発生する温度が高くなる傾向が得られた。一方、水滴における気泡成長挙動に関しては、発生した気泡核は初期水滴径に比べて最大で約10倍程度の気泡径に数μSオーダーで成長することが示された。以上の結果より、乳化燃料滴中における水滴同士の凝集・合一などの相分離挙動、さらには気泡発生・成長過程における気泡同士の合体がミクロ爆発の発生に大きく影響すると考えられる。今後、本研究課題で提案した解析モデルを改良し、水滴同士の凝集・合体、気泡同士の合体を考慮したミクロ爆発に関する解析モデルの構築が望まれる。

When fuel oil and water are emulsified and fuel droplets are combusted, the boiling point of fuel oil and water is in conflict, and the fuel droplets are atomized and combustible. The fuel emulsion is very stable. This research topic is to carry out the research on emulsion fuel droplets, explosion and theory. In 2019, the number of bubble nuclei generated in the emulsion fuel droplets was analyzed, and the explosion intensity was calculated based on the calculation of bubble nucleus generation rate. The numerical analysis of bubble nucleus growth dynamics during droplet formation and droplet heating process was carried out to investigate the bubble nucleus formation and growth during droplet explosion. The results of the numerical analysis show that the presence of water droplets near the surface of the emulsion fuel droplets causes rapid boiling when the overheating limit temperature is reached. As a result of the calculation of the explosion intensity, the heating temperature of the emulsion fuel droplets tends to be higher than that of the explosion. On the one hand, the bubble growth rate of water droplets is related to the initial bubble diameter ratio of about 10 times, and the bubble diameter ratio is about 10 times. As a result, the aggregation, integration, phase separation, bubble generation and growth of emulsion fuel droplets have great influence on the development of bubble explosion. In the future, this research topic proposes to improve the analysis structure, and consider the aggregation and combination of water droplets and bubbles.