En teori, der forbinder tænding med flamme, giver en køreplan til bedre forbrændingsmotorer

Med udgangspunkt i disse resultater designede Tohoku University-forskerne en teori, der med succes slog bro mellem tændings- og deflagrationsbølger og afslørede eksistensen af ​​yderligere steady-state-løsninger, der er mulige, når de betragtede den "autoignitive reaktionsbølge" - en bølge, der er påvirket. ved tænding i forvarmningszonen, men opfører sig som en deflagrationsbølge.

"I modsætning til den fremherskende opfattelse, at der kun eksisterer en enkelt steady-state-løsning for deflagrationsbølger i subsoniske endimensionelle systemer, fremsætter vores tilgang et uendeligt antal af sådanne løsninger som autoignitive reaktionsbølger, og hævder, at tænding og flamme er uløseligt forbundet," siger Morii. sagde.

Dette betyder, at steady-state-løsninger ikke kun eksisterer på de to punkter, hvor indløbshastigheden matcher hastighederne af deflagrations- eller detonationsbølgerne, men også i et bredere område, hvis selvantændelsesforhold tages i betragtning.

Holdet udvidede teorien yderligere til scenarier, der involverer supersoniske indløbshastigheder. I det supersoniske regime er den konventionelle forståelse, at en steady-state løsning kun er mulig, når indløbshastigheden matcher detonationsbølgehastigheden. Men i betragtning af, at den autoignitive reaktionsbølge stammer fra nul-dimensionel antændelse, argumenterede forskerne for, at den burde være uafhængig af indløbshastigheden.

"Vi foreslår, at der eksisterer et uendeligt antal steady-state løsninger til den autoignitive reaktionsbølge, selv under supersoniske forhold," sagde Morii.

Ved teoretisk at forbinde tænding og flamme, kan motoren nu betragtes fra et nyt perspektiv. At tage højde for tændingsfænomener giver mulighed for en mere stabil forbrænding, hvilket fører til ideen om et nyt motorkoncept, der er mere effektivt end det konventionelle.

"Dette arbejde med at stabilisere autoignitive reaktionsbølger markerer et grundlæggende gennembrud, der potentielt revolutionerer designet af forbrændingssystemer, især inden for supersonisk forbrænding," sagde Morii.

Mens teoretiske og numeriske resultater har givet et nyt motorkoncept, er det endnu ikke blevet eksperimentelt verificeret. Holdet planlægger derfor at anvende forskningsresultaterne på en egentlig motor gennem yderligere eksperimentel verifikation gennem fælles forskning.

Flere oplysninger: Youhi Morii et al., Generelt koncept for autoignitive reaktionsbølger, der dækker fra subsoniske til supersoniske regimer, Physics of Fluids (2024). DOI:10.1063/5.0176262

Journaloplysninger: Fysik af væsker

Leveret af Tohoku University