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概要

高速道路での車両抵抗低減のための誘電体バリア放電アクチュエータ

スブラタ・ロイア

我々は、蛇行型誘電体バリア放電アクチュエータを使用して、高速道路での実際の形状での空気抵抗の低減を提案し、実証しました。同等のリニア プラズマ アクチュエータでは、これらの速度では抵抗を低減できません。静止動作条件下でリニアおよび蛇行型プラズマ アクチュエータについて収集された実験データは、蛇行型設計が壁面付近の流れ構造と結果として生じる抵抗に大きな影響を与えることを示しています。特定のアクチュエータ配置では、測定された抵抗が 26.8 m/s (60 mph) で 14% 以上、31.3 m/s (70 mph) で 10% 以上減少し、実物大の地上車両で合理的なエネルギー節約の現実的な可能性が開かれました。さらに、さまざまな入力信号に対する消費電力データと抵抗低減効果も示されています。

我々は前回の研究では、誘電体バリア放電（DBD）がエンドガスの自己着火の強さに及ぼす緩和効果を観察した。本稿では、急速圧縮膨張装置（RCEM）を用いた化学分析と燃焼実験により、その効果のメカニズムを調査した。包括的GC×GCと飛行時間型質量分析（GCxGC-TOFMS）を実施し、精密質量分析に基づいてアルキルヒドロペルオキシド（ROOH）の生成を初めて確認することに成功した。緩和効果のメカニズムを研究するために、プライマリリファレンス燃料（PRF90）やサロゲートガソリン（S5R）などの異なる燃料-空気混合物を使用してオゾンの影響を評価した。オゾンの添加はPRF90の場合には同様の緩和効果を示したが、S5Rの場合には効果が弱かった。また、自己着火前にエンドガスにオゾンを混合すると、特徴的な青色光も観察された。オゾンは低温酸化（LTO）反応を促進することが知られているため、DBD 適用の効果もおそらく同じメカニズムによるものと考えられます。異なる燃料による効果の違いは、S5R にはオレフィンが含まれ、PRF90 には含まれていないため、オゾン分解反応の観点から説明できます。燃料と空気の混合物に DBD を適用しても S5R と PRF90 の間で効果に違いが見られなかったため、DBD 緩和現象はオゾンによって引き起こされたものではなく、ROOH が原因と考えられます。青色発光の前駆現象を調べるために、燃焼実験でホルムアルデヒド（HCHO）の平面レーザー誘起蛍光測定（PLIF）を使用しました。DBD を適用しない場合、最終ガス中の HCHO 分布は、自己着火前に徐々に均質化しましたが、DBD を適用すると、

 

 

 

characteristic blue flame appeared in the inhomogeneous distribution of HCHO in the end-gas region. This result may support the hypothesis that the mitigating effect is caused by the promotion, by DBD-induced ROOH, of inhomogeneous progress in the end-gas chemical reaction. A knock intensity mitigation effect resulting from the application of dielectric barrier discharge (DBD) was experimentally demonstrated.

Dielectric-barrier discharge (DBD) is the electrical discharge between two electrodes separated by an insulating dielectric barrier. Originally called silent (inaudible) discharge and also known as ozone production discharge or partial discharge, it was first reported by Ernst Werner von Siemens in 1857. On right, the schematic diagram shows a typical construction of a DBD wherein one of the two electrodes is covered with a dielectric barrier material. The lines between the dielectric and the electrode are representative of the discharge filaments, which are normally visible to the naked eye. Below this, the photograph shows an atmospheric DBD discharge occurring in between two steel electrode plates, each covered with a dielectric (mica) sheet. The filaments are columns of conducting plasma, and the foot of each filament is representative of the surface accumulated charge. The DBD was utilized to reform fuel–air premixtures. A rapid compression and expansion machine (RCEM) was used for the demonstration experiment. A rectangular combustion channel was installed in the RCEM's cylinder to observe flame propagation and end-gas auto-ignition behavior. The effect of the DBD was investigated by installing a plug-shaped DBD reactor in the combustion chamber. Part of the fuel-air mixture was reformed by the DBD and diffused in the chamber, and the combustion behavior was observed by a color and a monochrome high-speed camera with several different interference filters. In ordinary end-gas auto-ignition, a hot flame rapidly appears throughout the end-gas region, and generates strong pressure oscillation; whereas, in the present study, when the DBD was applied, the magnitude of the pressure oscillation decreased and a blue flame was generated in the end gas before full end-gas auto-ignition. The onset time of the blue flame, and the interval between the onset and the hot flame's appearance, depended on the fuel and initial temperature. The effect was investigated in the case of a primary reference fuel, surrogate gasoline, and n-butane lean mixture; however, though the magnitude of the effect varied, the mitigation effect was demonstrated for every fuel-air mixture. The proposed method is therefore expected to mitigate knocking in internal combustion engines and contribute to greater thermal efficiency. A coaxial dielectric barrier discharge plasma-assisted combustion actuator (DBD-PACA) system was set up to study its discharge and optical emission spectrum (OES) characteristics in space in this paper. Results showed that each discharge cycle can be divided into four stages: a, b, c, and d. Discharge-on only occurred in stages b and d. Comparatively, the discharge intensity was larger in stage d due to the memory effect of excited electrons. Moreover, Lissajous figure and current-voltage methods were utilized to calculate the power of the coaxial DBD-PACA, and both methods produced roughly similar results. The power presented an upward trend with increasing input voltage and airflow rate. In addition, numerous second positive system (SPS) excited nitrogen molecules were detected from the OES signals. The intensity of the spectral lines (297.54  半径の増加に伴い、スペクトル線（380.34 nm、405.80 nm  、434.30 nm ） の強度は最初は増加し、その後維持され、その後急速に増加しました。ただし、スペクトル線（380.34 nm、405.80 nm、434.30 nm）の強度は 基本的に変化せず、その後増加し、最終的に半径の増加に伴って減少しました。振動温度は最初は急速に減少し、その後増加して、半径が増加するにつれて r = 18 mm で最低値に達しました。すべての収集ポイントでの振動温度は、入力電圧の増加に伴い低下しました。ただし、0 ～280 L/minの範囲内では、r が 15 mm 未満の場合は、振動温度が最初は急速に増加し、その後緩やかに減少しました。r が 15 mm を超えると、振動温度は最初は増加し、その後基本的に安定しました。