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燃焼・噴霧

ロータリーエンジンの燃焼

ロータリーエンジンの燃焼

可視化用ロータリーエンジン内火炎を可視化しました。
火炎伝播の様子が従来機と比較し、非常に細部まで捉えることができています。

ご提供:九州大学大学院工学研究院
機械工学部門 エンジンシステム研究室
村瀬先生 森上先生 橋本先生

使用機材

ハイスピードカメラPhantom v2511
ハイスピードカメラPhantom v2511

撮影条件

撮影速度:10,000コマ/秒
画素数:640×480ピクセル
露光時間:99μ秒

カラーとOH撮影の比較

カラーとOH撮影の比較

ディーゼルエンジンの燃焼の様子を、カラーカメラとモノクロカメラ2台のハイスピードカメラで撮影しました。カラーカメラは燃焼全体の挙動を捉えています。モノクロカメラはイメージインテンシファイアと組み合わせて、309nmのバンドパスフィルタを使いOH発光を撮影しています。カメラ感度が非常に高い為、今までは撮影が困難であった自発光現象のカラー撮像が可能になりました。

ご提供:同志社大学 千田・松村研究室 様

使用機材

ハンディハイスピードカメラPhantom V
ハンディハイスピードカメラPhantom V

撮影条件

撮影速度:36,000コマ/秒
画素数: 512×800ピクセル
露光時間:10μ秒

ノック発生時の直接光撮影

ガソリンエンジンの異常燃焼であるノックの基礎的研究にPhantom Vを使用しました。
定容容器内に予混合火炎を伝播させ、ノックを発生させています。伝播火炎と低温酸化反応が進行するエンドガスの観察を行い、ノック発生過程や伝播火炎とエンドガスにおける低温酸化反応の相互干渉について検討を行っています。

こうした発光は、従来のハイスピードカメラを用いた高速度撮影では捉えることが困難でした。
Phantom v2511により、高速度撮影だけではなく、感度を必要とする発光を捉えることができ、高速な現象(1200-1400m/s)であるノック発生過程を詳細に観察することができました。

【実験条件】

燃焼室サイズ :14x14x80mm
使用混合気 :n-C7H16/O2/Ar
混合気初期温度 :340K
混合気初期圧力 :0.33MPa

ご提供:九州大学大学院工学研究院機械工学部門
燃焼科学講座 反応性ガス力学研究室
北川先生 永野先生

使用機材

ハンディハイスピードカメラPhantom V
ハンディハイスピードカメラPhantom V

撮影条件

撮影速度:36,000コマ/秒
画素数: 512×800ピクセル
露光時間:10μ秒

ノズルからの燃料噴射

汎用機の(4孔、φ0.2 mm)ノズルをハンドテスターに取り付け、開弁圧30MPaで噴霧を撮影しました。
超低噴射率のためか、噴射直後の液糸の伸長と液滴への分裂を経て、通常の噴霧に移行していく様子を生々しく捉えることができ、その映像の鮮明さを印象付けています。

ご提供:九州大学大学院総合理工学研究院
エネルギー環境共生工学部門
熱機関工学研究室
田島先生 鶴先生

使用機材

ハンディハイスピードカメラPhantom V
ハンディハイスピードカメラPhantom V

撮影条件

撮影速度:50,000コマ/秒
画素数: 512×512ピクセル
露光時間:3μ秒

燃焼の密度変化

燃焼室上部、ピストン頂部の反射を利用してのシャドウグラフ法撮影です。

左画像:CAVILUX無し(自発光)
右画像:燃焼室上部からCaviluxのレーザー光を入れることにより火炎面が鮮明に写っています。

100mmの石英ガラスのひびにより、燃焼室内部の奥行への伝播がよりわかりやすく撮影できています。

【装置説明】 【実験条件】
急速圧縮膨張装置(RCEM) 燃料: プロパン
燃焼室: φ80.4mm×11mm 回転数: 600rpm
ボア: 80.3mm 圧縮比: 10.1
ストローク: 95mm 当量比: 1.0
石英ガラス厚さ: 100mm  

ご提供:大分大学 工学部
機械・エネルギーシステム工学科
田上先生 橋本先生 加藤先生

使用機材

ハンディハイスピードカメラPhantom V
ハンディハイスピードカメラPhantom V

撮影条件

撮影速度:40,000コマ/秒
解像度:512×384ピクセル
露光時間:25μ秒

可視化用レーザー照明CAVILUX Smart
可視化用レーザー照明CAVILUX Smart

撮影条件

出力:400W
波長:640nm
パルス幅:20n秒

ディーゼルエンジン燃焼の温度計測

可視化エンジン内の燃焼状態をガラス越しにハイスピードカメラで撮影、燃焼温度をThermeraで計測しました。ハイスピードカメラと組み合わせることで、このような高速現象の燃焼温度分布が計測可能です。

システム構成 :Thermera+ハイスピードカメラ Phantom V
温度域 :1300-2500℃
フレームレート :10,000コマ/秒

使用機材

ハンディハイスピードカメラPhantom V
ハンディハイスピードカメラPhantom V

撮影条件

撮影速度:10,000コマ/秒

2色式熱画像計測システムThermera
2色式熱画像計測システムThermera

撮影条件

温度域:1,300-2,500℃

ブルーフレームの撮影

ブルーフレームの撮影

ガソリンエンジン燃焼の状態を、v2010を用いて撮影しました。エンジンのピストンに穴をあけて、ボアスコープを挿入し、ハイスピードカメラで撮影しているため、光量が厳しい条件での撮影でした。感度が重要な中、ブルーフレームの状況もはっきりと捉えています。発光の弱い状況でも、ビットシフトで明るさを調整することで、少ないノイズでしっかりと可視化できています。バルブからの吸排気の状況も捉えています。
また、大容量の画像データも、10Gbイーサネット超高速転送で保存時間が約1/10に短縮され(1Gbイーサネットと比較し)、次の実験へスムーズに進めました。

使用機材

ハンディハイスピードカメラPhantom V
ハンディハイスピードカメラPhantom V

撮影条件

撮影速度:50,000コマ/秒
画素数: 512×512ピクセル
露光時間:19μ秒

可視化エンジン内の噴霧現象

エンジン内でのディーゼル噴霧の様子を可視化しています。噴霧の周りに衝撃波が発生する様子を確認できます。
高速度カメラの撮影速度は25万コマ/秒で、拡大光学系QUESTARレンズを用い、視野は約1mm×2mmです。
設置写真では、カメラとレーザー照明を同軸の位置関係に設置していますが、エンジン内のミラーで各々90°屈折させ、バックライトの位置関係で照射しています。
25万コマ/秒での撮影ですが、レーザーの光量が十分すぎるため、減光フィルタを使用しています。

ご提供
東京工業大学大学院理工学研究科
機械宇宙システム専攻
小酒先生、佐藤先生

可視化エンジン内の噴霧現象

使用機材

ハンディハイスピードカメラPhantom V
ハンディハイスピードカメラPhantom V

撮影条件

撮影速度:250,000コマ/秒
解像度:128×256ピクセル
露光時間:1μ秒

可視化用レーザー照明CAVILUX HF
可視化用レーザー照明CAVILUX HF

撮影条件

照明:Cavilux HF
出力:500W
波長:810nm
パルス幅:50n秒

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