ブックタイトルマツダ技報　2016 No.33

概要

マツダ技報　2016 No.33

No.33(2016)マツダ技報の関係については踏み込んでいない。本研究では,非接触な高速μPIV計測法と薄膜積層熱電対を急速圧縮膨張装置(Rapid Compression and ExpansionMachine以下“RCEM”)に適用し,遮熱材を塗布した壁(以下“遮熱壁”)近傍の境界層内のガス速度と遮熱壁の表面温度の計測を行い,各種乱流特性値が伝熱メカニズムへ及ぼす影響について調査を行った。2.実験装置および実験解析手法2.1急速圧縮膨張装置本研究で用いたRCEMは,エンジンと比較して構造が単純であるために内部の現象可視化が行いやすいこと,一回のみの圧縮膨張しか行わないために耐久性の低い新材料であっても評価が行えることなどの特徴をもつ。Fig. 1にRCEMの全体図を示す。また,Table 1にRCEMの諸元及び実験条件を示す。Pulse Jet ValveBore x StrokeFig. 1 Overview of Rapid Compression andExpansion Machine (RCEM)Table 1 RCEM Specifications andExperimental ConditionsCompression Ratio 14.2:1Compression / Expansion TimeInfill GasInitial Gas TemperatureInitial Wall TemperatureInitial Gas PressureChamberAir AccumulatorBuffer Cylinder(Buffer Piston)Cam89mm x 95mm98ms / 132msDry Air298K298KCylinder Block(Piston)RodDamperAtmospheric PressureRCEMは,主に空気蓄圧室,緩衝シリンダー,カム,ピストン・ロッド,シリンダーブロック,チャンバー,ダンパーから構成される。任意のタイミングでパルスジェットバルブ(CKD製PDV3-80A)を開放することで,空気蓄圧室内の加圧された空気が緩衝シリンダー内に流入し,緩衝シリンダー内の緩衝ピストンを図の右方向に押す。緩衝シリンダー内の緩衝ピストンに連結されたカムが移動することで,このカムの形状に沿ってロッドに連結されたシリンダーブロック内のピストンが上昇下降し,チャンバー内の空気を加減圧する。ピストンが下死点の時点でフォトセンサーの信号をデジタルディレイパルスジェネレーター(Stanford Research製DG645)に取り込み,この出力信号を計測用トリガー信号として,レーザー,高速度ビデオカメラおよびデータ記録用のADコンバーター等を同期させた。Fig. 2にRCEMのチャンバー内の概略図を示す。ChamberThin Film Thermocoupleor Test PieceObservation Windows(Thickness 20mm)Laser LightSheetLaserM12-P1.0WindowAir Measuring AreaFlow Portfor FastμPIVFig. 2 Schematic of RCEM Chamberチャンバーは,直径が約35mm,厚さが17mmの縦型の円筒形状である。ピストン上昇によって圧縮された空気が,フローポートを通ってチャンバー内の平板部において壁乱流を形成するようにした。平板部にはM12の雌ネジを設置して,薄膜積層熱電対(9),(10),遮熱材付テストピース等の取り付けを可能とした。高速μPIV計測は,テストピースの表面の中央位置において実施した。レーザーシート光は,薄膜積層熱電対あるいはテストピースと対向した位置に設置したレーザー窓を介して入射した。チャンバー両側には,厚さ20mmのサファイアガラスの観察窓を取り付けている。他にチャンバーには,圧力変換器(Kistler製Type6125)を設置し,チャンバー内の平均ガス圧力の計測を行った。Fig. 3に,Table 1の条件においてRCEMを動作させた時のチャンバー内の平均ガス圧力?と平均ガス温度Tgのカムの移動量????に対する履歴を示す。6004.0550CompressionExpansion3.5500Temperature3.04502.54002.03501.53001.0Pressure250212 TDC0.52000.00110220330440Cam Posision Lcam [mm]Fig. 3 In-Chamber Pressure and Temperature TracesGas Temperature T g [K]Gas Pressure P [MPa]-101-