| Project/Area Number |
24K07361
|
|---|
| 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 | The University of Tokushima |
|---|
Principal Investigator |
名田 譲 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (50383485)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
|
| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
|
|---|
| Keywords | コンピューターシミュレーション / 乱流燃焼モデル / 燃焼反応速度 / 仮定PDF法 / PaSR法 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は，水素火炎などの速い燃焼反応の火炎と高温空気燃焼など比較的遅い燃焼反応の火炎を両方再現可能なシミュレーション用乱流燃焼モデルを構築することである．レイノルズ平均モデルに基づくシミュレーションおよびラージ・エディー・シミュレーションを通常火炎と高温空気燃焼を対象に行い，提案するモデルの精度を評価し，改良を行う．その際，反応計算の負荷低減のために，機械学習を利用する．
|
| Outline of Annual Research Achievements |
令和６年度では，高速燃焼のシミュレーションに用いられる仮定PDF法（APDF法）と低速燃焼に用いられるPaSR法を組み合わせたAPDF-SR法をレイノルズ平均モデル（RANS）に適用し，シミュレーションを行った．さらに比較のために，PaSR法とAPDF法を用いたシミュレーションを行った．化学反応機構には，詳細反応機構であるGRI3.0と，非常に計算負荷の低い４段総括反応機構（JL4）を用いた．シミュレーション対象は，低速燃焼領域と高速燃焼領域が混在するJHC火炎である．
まず，シミュレーションに用いられる化学反応機構の精度を検証するために，JL4とGRI3.0を用いたPaSR法のシミュレーションを行った．両者の温度分布はほぼ一致しており，反応機構の総括化に起因する誤差は小さいことがわかった．このことから，今後のシミュレーションでは，JL4を用いる．
APDF法，PaSR法およびAPDF-SR法を用いたRANSシミュレーション結果を比較した．低速燃焼領域において，PaSR法は実験結果と比較して低いピーク温度を示した．一方で，APDF-SR法では，実験結果と良い一致を示す．APDF法はピーク温度を過大に評価する．APDF-SR法の良好な結果は，PaSR法による温度の過小評価を，乱流変動の効果で相殺できたためと考えられる．比較的燃焼が高速で行われる領域では，PaSR法が最も実験結果と一致する．APDF法とAPDF-SR法は同程度のピーク温度を示し，実験結果より高い温度を示す．APDF-SR法の温度の過大評価は，APDF法の精度によると考えられる．
令和６年度では，JHCバーナーに対するラージ・エディー・シミュレーション（LES）を行った．乱流燃焼モデルはAPDF法であり，反応機構としてJL4を用いた．現在，計算中である．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究予定では，令和６年度にPaSR法とAPDF-SR法のRANSシミュレーションプログラムを作成し，モデルの評価を行う予定であった．「研究実績の概要」で述べたように，これらのプログラムの作成，およびモデルの評価は完了しており，ほぼ計画通りの進捗と言える．さらに，計画した研究に加えて，反応機構の精度を検証した．
LESの実施に関しては，当初の計画と変更があった．計画では，全国共同利用の大型計算機を用いてシミュレーションを行う予定であったが，ワークステーションによる計算に切り替えた．これは大型計算機の使用料金体系の変更のためである．ワークステーション購入予算を増額し，LES用ワークステーションを購入した．LESは現在計算中である．以上の結果から，研究はおおむね順調に進展していると考えている．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究は，申請書に示した計画に沿って行われる．令和６年度の研究結果から，構築したAPDF-SR法には，予定以上の計算資源が必要とされることがわかった．令和７年度には，この欠点を克服するために，深層ニューラルネットワーク(DNN)に基づく高速化手法を確立する．APDF-SR法の計算過程において，平均反応速度の計算で負荷が最も高くなる．このため，計算結果をDNNに学習させる．学習済みDNNを平均反応速度の計算に代用することで，計算速度の向上を図る．この過程では，学習用データの作成方法の確立と，予測精度向上が課題となる．これら二点には，以前申請者の研究で行われたAPDF法に対する学習手法を用いる．すなわち，学習用データには対向流拡散火炎などの単純な火炎の結果を用い，予測精度向上には前処理方法の改善で対応する．
LESに関しては，APDF法を用いたJHC火炎のシミュレーションに加えて，PaSR法を用いたシミュレーションを行う．現段階において，RANS用PaSR法のプログラムは完成している．これをLESプログラムに組み込み，計算を行う予定である．
|
