個別の燃焼場特性に基づいたデータベース構築による高精度燃焼流動場予測

• Project/Area Number: 22K03971
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 19020:Thermal engineering-related
• Research Institution: Meijo University
• Principal Investigator: 武藤 昌也 名城大学, 理工学部, 准教授 (30466445)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 燃焼流動場 / 化学反応のデータベース / 流体の数値シミュレーション / 燃焼反応解析 / 数値シミュレーション

Outline of Research at the Start

数値シミュレーションを用いて燃焼流動場を予測するための手法は，流体計算と連成して燃焼反応に現れる化学種の輸送方程式を解く方法，あるいは流体計算を実施する前にあらかじめデータベース化した火炎特性を参照する方法に大別される．本研究では詳細化学反応解析とデータベースを参照する手法を統合的に用い，実際の燃焼流動現象に基づいた負荷の低減を図る解析手法を新たに構築し，従来の手法に対する優位性を検討する．

Outline of Annual Research Achievements

令和4年度に得られた成果は以下の通りである。
本研究の目的である、燃焼流動場の詳細化学反応解析を行いながら逐次データベースを作成する手法の開発に取り組むため、初年度は噴流火炎を含む燃焼流動場の数値シミュレーションを行い、解析空間の流れ場の流速分布に基づくひずみ率の空間分布解析を実施した。具体的な手法として、流れ場の非定常性を再現するLarge-eddy simulation、メタン/空気の化学反応を表現する二段総括反応を用いて解析を行った。本解析により、噴流火炎を含む燃焼流動場においてひずみ率が取りうる値の範囲が概ね確認された。一方、ガス相の化学反応を低計算負荷で行うためのFlamelet/progress-variable法における従来の化学反応データベースの作成方法において、作成条件として設定するひずみ率の範囲はあらかじめ分かっている。これらを比較することにより、本研究の目的である、燃焼流動場の詳細化学反応解析を行いながら逐次データベースを作成する方法によるデータベースが、従来の手法によるデータベースと比較してデータ容量を抑制できる可能性が示唆された。現在は燃焼流動場の解析プログラムおよびデータベース作成用のプログラムの改修により、燃焼流動場の詳細化学反応解析を行いながら逐次データベースを作成する手法の構築に取り組んでいる。また、並行して、本研究の手法による解析結果を比較すべき詳細化学反応計算を実施すべき既往の実験計測結果の選定、検討を進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

初年度に噴流火炎を含む燃焼流動場の数値シミュレーションを実施し、解析空間の流速分布に基づくひずみ率の空間分布解析を取得し、取りうる値の範囲が概ね確認された。次年度は逐次データベース作成方法の構築と、それを用いた噴流燃焼場解析結果の実験計測値との比較を実施する予定でおり、現状では当初の計画通りおおむね順調に進展していると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

逐次データベース作成方法の構築と、それを用いた噴流燃焼場解析結果の実験計測値との比較を実施し、従来のデータベース法との比較により本研究による手法の優位性を明らかにする予定である。