Ishii Lab
Kazuhiro ISHII
   石井 一洋  Kazuhiro ISHII
職   名:教授
研究組織:大学院工学研究院
       システムの創生部門/システムのデザイン分野
教育組織:大学院工学府
       システム統合工学専攻/機械システム工学コース
学部組織:工学部生産工学科
担当講義:<大学院>高速気体力学,燃焼光学計測
       <学  部>熱力学T,熱力学U,
        創造性機械機械工学実験

       <第二部>熱力学T,生産工学実験U
専   門:熱工学,燃焼学
連絡先  :E-mail
石井研究室ホームページ
関連リンク
日本燃焼学会
● 研究テーマと概要 ●
 衝撃波を伴う熱的現象ならびに内燃機関における燃焼現象に関する研究を行っている。現在の研究テーマは、「気相デトネーション」、「火花放電による燃焼開始」、「高エンタルピ超音速流中での燃焼」の3分野に大別できる。それぞれの分野について以下に簡単に概要を記す。
(1)気相デトネーションは、衝撃波面とそれにより誘起された反応面とが一体となって、可燃性混合気中を約2000〜3000 m/sの速度で伝播する現象である。管内をデトネーションが伝播する場合に管内壁に煤を塗布すると、デトネーション通過後にセル状の模様が見られる。このセルの大きさが、管直径と同程度となるような伝播限界条件付近では、デトネーションは大幅な速度変動を伴う不安定な挙動を示すようになる。具体的なテーマとしては、セルが大きくなる低圧条件下での伝播機構、定常デトネーションを狭い間隙中に導いた場合の伝播過程を調べている。また、混合気濃度が空間的に不均一となる場での伝播実験を行っている。さらに、デトネーションの工学的応用として近年パルス・デトネーション・エンジンが注目されており、エンジン内のデトネーション起動法に関する研究を行っている。
(2)内燃機関では、高温の乱れを伴う流動混合気に対して火花点火を行っている場合が多い。しかしながら、従来の火花点火に関する実験は常温の混合気を用いたものが多く、得られた知見を高温度場に適用しているのが現状である。そこで衝撃波管を用いて混合気を衝撃加熱し、初期温度が火花点火特性に及ぼす影響について調べている。また、流動混合気中における火花点火実験も併せて行っている。
 火花放電時には、放電経路に極めて短時間に火花エネルギが供給されるため、衝撃波が生ずる。通常この衝撃波は、以後の燃焼開始過程に寄与することはないが、これを反射させて火炎核と干渉させることによる点火性促進の可能性を調べている。
(3)次世代超音速旅客機用のエンジンとしてスクラム・ジェット・エンジンが提唱されている。この場合、高エンタルピ超音速気流中で燃料を燃焼させることになるが、地上実験でこのような気流を用意するには大規模な設備が必要となる。そこで、酸素過多の燃焼ガスを駆動気体とした衝撃波風洞を用いることにより、気流の時続時間は短いものの、比較的容易に高エンタルピ超音速流を得ることができる。この気流に燃料噴霧を行い、その後の燃焼過程に関して調べている。

Fig. 1 Cellular structure recorded on a smoked foil after passing of a detonation wave. Mixture: 2H2 + O2 Initial pressure: 30 kPa. The original image is 24 mm x 34 mm.
Fig. 2 Schlieren photographs of a flame kernel during interaction with a shock wave generated by spark discharge. The photographs are taken at 5 ms, 15 ms, and 30 ms after spark discharge (from left to right).

● 主な公表論文 ●
(1) K. Ishii, M. Kojima: Behavior of Detonation Propagation in Mixtures with Concentration Gradients, Shock Waves, Vol. 17 (2007) pp. 95-102.
(2) K. Ishii, M. Kubota: A Study on Optimum Condition of Multiple Spark Discharge, Transaction of Society of Automotive Engineers of Japan, Vol. 38 (2007) pp. 25-30.
(3) K. Ishii, T. Tanaka: A Study on Jet Initiation of Detonation Using Multiple Tubes, Shock Waves, Vol. 14 (2005) pp. 273-281.
(4) 石井,伊藤,坪井: 狭い間隙内におけるデトネーションの伝播モード,日本燃焼学会誌,第46巻 (2004) pp.243-250.
(5) K. Ishii, K. Itoh. T. Tsuboi: A Study on Velocity Deficit of Detonation Waves in Narrow Gaps, Proc. Combustion Institute, vol. 29 (2002) pp. 2789-2794.

Thermal phenomena with shock waves and combustion in internal combustion engines are studied experimentally. Research themes are categorized into three fields: gaseous detonations, spark ignition processes, and supersonic combustion. Detailed descriptions of each theme are as follows. (1) Detonation waves propagating in a tube show unstable behavior under marginal conditions, namely in the case that the detonation cell size is less than the tube size. Present research works are "detonation propagation at low initial pressures", "propagation manner of detonation waves in narrow gaps", and "detonation propagation in mixtures with concentration gradients". Moreover, methods of detonation initiation are studied for pulse detonation engines. (2) Ignition of combustible mixtures by spark discharge is intensively studied for improvement of performance of internal combustion engines. Research works are focused on "spark ignition characteristics of combustible mixtures under high temperature conditions", "optimum orientation of spark plugs in flowing mixtures" and "promotion of spark ignition by interaction between a flame kernel and a shock wave generated by spark discharge". (3) Supersonic flows with high enthalpy are generated by a combustion-driven Ludwig tube. Spray combustion in the supersonic flows is conducted.

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