壁面衝突する噴流火炎の消炎と熱伝達機構の解明

阐明喷射火焰与墙壁碰撞的熄灭和传热机制

基本信息

批准号：
22K03961
负责人：
窪山達也
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Chiba University
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 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では，内燃機関の冷却損失低減技術の開発に繋がる基礎的な知見を得るため，ノックサイクルと正常燃焼（非ノック）サイクルに対して，急速圧縮膨張装置を用いて薄膜型熱電対を用いた壁面熱流束計測と伝播火炎・ノッキングの高速度直接撮影を行い，ノッキングと壁面熱流束の関係を調べた．また，薄膜型熱電対による燃焼室壁面の熱流束計測方法・2線式熱電対による燃焼室壁面近傍の局所ガス温度計測方法・シャドウグラフ撮影による火炎面の観察方法を検討した．以下に実験により得られた知見を示す．（1）燃焼室壁面の熱流束は，火炎が到達してから3~5msの遅れを経て上昇を開始し，15～30msの遅れを経て最大値をとる．この遅れは自着火による圧力振動が大きいものほど，また自着火位置に近いほど，短くなる．（2）この遅れは，火炎面が壁面近傍に到達してから壁面近傍の未燃ガスが高温の既燃ガスからの熱伝導によって温度上昇し，極壁面近傍の温度勾配が上昇するのに遅れがあることを示していると推察する．（3）さらに，その熱伝導によって温度上昇した未燃ガスの一部が熱発生することで，熱流束が最大値をとる時期が遅れる．（4）燃焼室壁面の熱流束の最大値は，自着火による圧力振動の大きいものほど大きくなる．（5）これは，圧力振動により，火炎が壁面近傍に到達してから壁面近傍の温度勾配が成長する時間が短くなり，燃焼室側のガス温度がより高い時期に温度分布が発達するため，熱流束の最大値がノックサイクルでは大きくなると考える．

在这项研究中，为了获得基本知识，导致技术发展以减少内燃烧发动机中的冷却损失，我们进行了壁热通量测量和繁殖火焰的高速直接照片，并使用薄膜热电组进行敲击和使用快速压缩装置和敲击加热的薄膜热电偶敲击，并使用快速燃烧和敲击加热。我们还研究了一种使用薄膜热电偶来测量燃烧室壁上的热通量的方法，这是一种使用两线热电偶在燃烧室壁附近测量局部气体温度的方法，以及一种使用阴影图观察火焰表面的方法。以下是通过实验获得的发现。（1）燃烧室壁上的热通量在火焰达到3毫升后3-5ms后开始上升，并在延迟15-30ms后达到其最大值。随着自动点造成的压力振动的增加，这种延迟变得更短，并且越接近自动点位置。（2）估计该延迟表明在火焰表面到达壁附近未燃烧气体的温度升高到达壁表面附近，这是由于热燃烧气体的热传导而导致的，并且在极壁表面附近的温度梯度增加。（3）此外，由于热传导而导致温度升高的未燃烧气体的一部分会产生热量，从而导致热通量达到其最大值的时间延迟。（4）随着自动点增加的压力振动的增加，燃烧室壁中热通量的最大值增加。（5）这是因为压力振动减少了火焰到达壁表面后壁附近的温度梯度生长的时间，并且温度分布在燃烧室侧面的气温较高的时候出现，因此在敲击周期内，热通量的最大值会增加。