Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

本研究では，壁面安定化冷炎のコンセプトを利用して，冷炎の可燃特性および冷炎における壁面の化学的効果を調べた．まず，燃料の炭素鎖長が冷炎に及ぼす影響を調べるため，衝突壁の温度を一定の速度で上昇・降下することにより，壁面近傍で冷炎を着火・消炎させた．冷炎の着火・消炎過程は，平面レーザ誘起蛍光法（PLIF）を用いたHCHO濃度変化計測により同定した．さらに，冷炎に対する壁面の化学的効果を調べるため，衝突壁表面にMEMS技術を用いて200 nm厚の金属もしくは金属酸化物の薄膜を形成し，熱的境界条件を一定に保ったまま化学的境界条件のみの変更を可能とした．燃料は，ヘプタン（C7）からデカン（C10）までの直鎖型アルカンを用い，石英，鉄，ルテニウムなどの材料の影響を調べた．その結果，炭素鎖長および酸素濃度の増加に伴い冷炎の着火・消炎温度が低下する結果を得た．また，石英表面に比べて鉄やルテニウム表面では冷炎の着火・消炎温度が最大100 K程度高くなり，金属における表面反応により低温酸化反応が抑制されることを明らかにした．一方，ルテニウム表面については，炭素数9以下の燃料では消炎・着火過程にヒステリシスが現れるが，デカンの場合はヒステリシスが失われ，また炭素鎖長の増加に伴い壁面の化学的効果が弱くなることを示した．
一方，冷炎着火特性に対する圧力の影響を調べるため，高圧環境下で冷炎の形成を可能とする実験系を構築した．冷炎中のHCHO濃度計測の定量性と時間分解能，感度の向上を目的として，半導体レーザ吸収分光法（TDLAS）を新たに導入した．また，レーザ光軸上において一定濃度場を形成するため，スリットノズルバーナを用いて二次元冷炎を形成した．計測の結果，圧力の上昇に伴い，DME冷炎の着火温度が増加するとともに同一温度におけるHCHO濃度が低下し，低温酸化反応の開始および進行が抑制されることを示した．