LESモデルによる乱流燃焼火炎解析法の開発とその評価

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11305017
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小林 敏雄 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (50013206)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐賀 徹雄 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (30013220) ; 大島 まり 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (40242127) ; 谷口 伸行 東京大学, 情報基盤センター, 助教授 (10217135) ; 新美 智秀 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (70164522) ; 坪倉 誠 東京工業大学, 総合理工学研究科, 講師 (40313366)
• Keywords: 燃焼流れ / 乱流 / 数値解析 / ラージ・エデイ・シミュレーション / 予混合火炎 / バーナ火災 / 画像処理計測 / ダイナミックSGSモデル

Research Abstract

非定常な乱流火炎の特徴を予測しうる実用的解析法としてラージ・エディ・シミュレーション(LES)とflameletアプローチに着目して、数値解析モデルの開発研究とその評価を行った。今年度の新たな成果としては、
1)LESに適合した一般座標系格子での差分法を密度変化を伴う流れ解析に拡張した。
2)G方程式を採用した予混合火炎モデルを燃空費分布のある反応流れに拡張した。
3)燃焼流れ中の液滴粒子の運動と蒸発過程の連成解析モデルを構築し、バーナ火炎への噴霧解析に適用し基礎的な検証を行った。
4)バーナ火炎の吹き上がり複合火炎を予測するのためflameletアプローチを拡張して拡散火炎構造と予混合火炎構造の両方に対応するmulti-scalarの複合火炎モデルを構築し、メタンバーナ火炎に適用して基礎的な検証とモデル係数の最適化を行った。
5)乱流火炎中のNO生成予測法としてthermal NO反応機構をLES火炎解析と連成して評価する方法を開発し、水素バーナ火炎に適用して検証した。
6)複合火炎や予混合火炎における消炎モデルの最適化を行った。また、乱流および火炎構造の解析のため、特に燃焼流れにしばしば用いられる各種噴流を対象にDNSおよび可視化画像計測による渦構造の解析、光学的手法による瞬時化学反応分布の計測などを行い、本研究に関連する知見とした。
これらの乱流火炎解析の応用としては、a)バックステップ後方の予混合燃焼流れの解析、b)ガスタービン燃焼器の流れおよび火炎伝播の解析、c)LES火炎解析における熱放射や熱伝達の影響評価、などを実施し、実用性などを併せて検証した。

Research Products

• [Publications] M.Tsubukura: "Development of the Isotropic Eddy Viscosity Type SGS Models for the Dynamic Proceeding Using Finite Difference Method and its Assessment on a Plane Turbulent Channel Flow"JSME International Journal, Series B. 44. 487-496 (2001)
• [Publications] 坪倉誠: "差分法ダイナミックモデルに適したSGS乱流モデルの構築(第2報:SGSスカラー流束のモデル化)"日本機械学会論文集B編. 67・664. 3076-3084 (2001)
• [Publications] T.Kobayashi: "Unsteady and Three-Dimensional Flow Analysis for Mechanical Engineering Problems"3^<rd> International Symposium on Advanced Energy Conversion Systems and Related Technologies (RAN2001). (2001)
• [Publications] T.Kobayashi: "Visualization of Unsteady Fluid Flows by Using Large Eddy Simulation"KSME International Journal. 15・12. 1750-1756 (2001)
• [Publications] H.Li: "Visualization of Multi-scale Turbulent Structure in lobed Mixing Jet Using Wavelets"Journal of Visualization. 4・3. 231-238 (2001)
• [Publications] H.Hu: "A study on a lobed jet mixing flow by using stereoscopic particle image velocimetry technique"Physics of Fluids. 13・11. 3425-3441 (2001)
• [Publications] H.Hu: "Dual-plane Stereoscopic Particle Image Velocimetry-system Set-up Its Application on a lobed Jet Mixing Flow"Experiments in Fluids. 35. 277-293 (2001)
• [Publications] 朴南燮: "ダイナミックサブグリッドモデルを用いたG方程式による保炎器回りの乱流予混合燃焼流れのLES"日本機械学会論文集(B編). 67・659. 1609-1616 (2001)
• [Publications] N.Park: "Application of Dynamic Subgrid G-Equation Model to LES of Turbulent Premixcd Flame Over Backward Facing Step"Turbulence and Shear Phenomena Second International Symposium Vol3. pp.291-296. 3. 291-296 (2001)
• [Publications] N.Taniguchi: "Scalar and Particles Transport in Combustion Jet Flows"3^<rd>International Symposium on Advanced Energy Conversion Systems and Related Technologies (RAN2001). (2001)
• [Publications] H.Hirohata: "Large Eddy Simulation of a Non-Premixed Jet Flame"3^<rd> International Symposium on Advanced Energy Conversion Systems and Related. (2001)
• [Publications] D.H.Doh: "Jet Measurements with High-Vision 3D-PTV"Proceedings of 2001 Korea-Japan Joint Seminar on Particle Image Velocimetry. (2001)
• [Publications] 伊藤裕一: "航空機ガスタービン予混合燃焼器流れのLES"日本機械学会計算力学講演会講演論文集. G1101 (2001)
• [Publications] 川名輝子: "並列計算機による時間変動成分を考慮した乱流燃焼解析ソフトウェアの開発II〜2次元予混合火炎バーナーの解析〜"日本機械学会2001年度年次大会講演論文集(II). R1405. 213-214 (2001)
• [Publications] 雷康斌: "固気混相乱流のFull Way Coupling LESに及ぼす補間精度の影響"日本混相流学会年会講演会2001講演論文集. 79-80 (2001)
• [Publications] K.Lei: "Full Way Coupling of Large Eddy Simulation for Particle-Laden Turbulent Flows Using New Dynamic SGS Models"Turbulence and Shear Phenomena Second International Symposium. 12. 111-116 (2001)
• [Publications] 川名輝子: "並列計算機による時問変動成分を考慮した乱流燃焼解析ソフトウェアの開発〜2次元予混合火炎バーナーの解析〜"日本シミュレーション学会講演会. (2001)
• [Publications] 牧田光正: "並列計算機による時問変動成分を考慮した乱流燃焼解析ソフトウェアの開発〜2次元予混合火炎バーナーの解析〜"航空宇宙数値シミューレーション技術シンポジウム2001. (2001)
• [Publications] T.Kobayashi: "Visualization of Unsteady Fluid Flows by Using Large Eddy Simulation"The 6^<th> Asian Symposium on Visualization. 27-32 (2001)
• [Publications] W.G.Park: "Numerical Flow Analysis of Generic Body of Car with Cross-wind Effect"2001年自動車技術会春季学術講演会,前刷集. 1-4 (2001)
• [Publications] 雷康斌: "Full Way Coupling法による固気混相乱流のLES"第16回生研NSTシンポジウム. 1-8 (2001)
• [Publications] 雷康斌: "固気混相チャネル乱流における粒子の数密度分布"日本機械学会関東支部第7期総会講演会. (講演No.518). (2001)
• [Publications] K. Lei: "A New Dynamic SGS Model for Large Eddy Simulation of Particle-Laden Turbulent Flows"Third AFOSR Int. Conference on DNS/LES (TAICDL). 1-4 (2001)
• [Publications] K.Kieda: "Numerical Simulation of 3-Dimensional Flow Fields around an Airfoil for Wind Turbines"The 20^<th> ASME Wind Energy Symposium. AIAA-2001-0057. 333-339 (2001)
• [Publications] M.Oshima: "Finite Element Simulation of Blood Flow in the Cerebral Artery"Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, ELSEVIER. 191. 661-671 (2001)
• [Publications] M.Oshima: "Experimental and Numerical Investigation of Blood Flow in the Cerebral Artery"2nd European Conference on Computational Mechanics. 100-101 (2001)
• [Publications] M.Oshima: "Numerical study of Hemodynamic Effect of Intracranial Aneurysms"The 1st International Symposium on Advanced Fluid Information. 131-136 (2001)
• [Publications] M.Oshima: "Numerical Investigation of Geometry Factors in Hemodynamics of Intracranial Aneurysms"The 6th U.S.National Congress on Computational Mechanics. 368 (2001)
• [Publications] 坪倉誠: "噴流形状による平面衝突噴流の組織的渦構造の違いについて(平面噴流と円形噴流の比較)"日本機械学会流体工学部門講演会講演概要集. 247 (2001)
• [Publications] 坪倉誠: "差分法ダイナミックモデルのためのSGSスカラー流束のモデル化と評価ひ"日本流体力学会年会2001講演論文集. 433-434 (2001)
• [Publications] M.Tsubokura: "Assessment of the vewly developed subgrid-scale eddy viscosity for the dynamic procedure using FDM on channel flow and Reyleigh-B&eacute ; nard convection"Proc. of the Second International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena. 12. 503-508 (2001)
• [Publications] M. Tsubokura: "Proper representation of the subgrid-scale eddy viscosity for the dynamic procedure in large eddy simulation using finite difference method"Physics of Fluids. 13・2. 500 (2001)
• [Publications] H.Mori: "A Study on REMPI as a Measurement Technique for Highly Rarefied Gas Flows (Analyses of Experimental REMPI Spectra in Supersonic Free Molecular Flows)"JSME Int.J.B. 44・3. 388-394 (2001)
• [Publications] T.Fujimoto: "Visualization of Impinging Supersonic Free Jet on a Tilt Plate by LIF and PSP"J. of Visualization. 4・2. 151-158 (2001)
• [Publications] T.Ishida: "Visualization of Interacting Supersonic Free Jets using NO-LIE,"Proc. of 6^<th> Asian Symposium on Visualization. 410-412 (2001)
• [Publications] T.Niimi: "Application of REMPI to Highly Rarefied Gas Flows"19^<th>Int. Congress on Instrumentation in Aerospace Simulation Facilities. 256-261 (2001)
• [Publications] T.Taniguchi: "Prediction of Turbulent Premixed Combustion Flows by Using G-equation flamelet model"Proceedings of PSFVIP-3. F3208 (2001)
• [Publications] M.A.Uddin: "Characteristics of Grid-Scale and Subgrid-Scale Coherent Structures in Turbulence"第6回東京大学IMLシンポジウム. (2001)
• [Publications] H.Hu: "Particle Image Velocimetry and Planar Laser-Induced Fluorescence Measurements on Lobed Jet Mixing Flows"Experiments in Fluids. (Suppl.). 141-157 (2001)
• [Publications] 新美智秀: "分子センサーによる希薄気体流の複合計測"可視化情報. 21・83. 240-245 (2001)
• [Publications] 新美智秀: "あなたの実用燃焼炉設計および制御"テクノシステム. 15 (2001)
• [Publications] 可視化情報学会(編), 新美智秀: "可視化情報ライブラリー3光学的可視化法"朝倉書店. 178 (2001)