石油燃焼システムの最高熱効率を目指す

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最終年度では、まず単一液滴の蒸発実験を行い、液滴全体が微細液滴に分裂するミクロ爆発と液滴の一部が分裂するpuffingの二つの現象を観察した。これらの発生因子を検討し、過熱度が支配因子であることを明らかにした。また、燃料と空気の混合をより促進するためには、二次微粒化発生までの待ち時間を短くする必要がなる。そこで気泡核生成エネルギーを低下させるためにCO_2をエマルジョン燃料に溶かし、その特性について検討した。ガスを溶かして気泡核生成エネルギーを減少させ、二次微粒化発生を促進させることが可能であることを示した。数値シミュレーションに関しては、噴霧燃焼の数値シミュレーションに適合した二次微粒化モデルを提案した。ミクロ爆発は瞬間的な現象であるため、即蒸発を仮定した。puffingは瞬間的な現象ではないため、その特性を表現することのできる数学モデルを提案した。提案した数学モデルはpuffingによる液滴の質量変化が油中水滴の蒸発速度と燃料と水分の質量分率に比例するというものである。本モデルを用いることでエマルジョン燃料滴の蒸発特性を良好に表現することができた。さらに、二次微粒化を考慮したエマルジョン燃料の噴霧燃焼の数値シミュレーションを行った。二次微粒化を考慮しない場合、解析結果は温度分布を過小に評価したが、提案した二次微粒化モデルを使用することで解析結果と実験結果は燃焼器下流部において良好に一致した。本研究を行うことで、二次微粒化特性を向上させ、エマルジョン燃料の効果をさらに高める知見を数多く得ることができた。さらに新規な数学モデルを提案し、今まで数値シミュレーションが適用されていなかった二次微粒化を伴う噴霧燃焼の数値シミュレーション手法を示すことに成功した。