Flameletアプローチに基づく乱流燃焼場のLESモデリング

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15360091
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 谷口 伸行 東京大学, 情報基盤センター, 助教授 (10217135)
• 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)
• Keywords: 数値流体力学 / 乱流 / 反応流れ / ラージ・エディ・シミュレーション / flameletモデル / 火炎 / スプレー流れ / 燃焼器

Research Abstract

本研究では、特にエネルギー環境問題において重要な位置を占める燃焼流れを対象に数値解析モデリングを確立して合理的な設計法としての導入を図る。そこで、乱流変動が支配的と考えられる乱流燃焼場に対してa)流れが支配するマクロスケール、b)流れと化学反応が干渉するメゾスケール、c)化学素反応が支配するミクロスケールに分けて扱う数値解析モデルを合理的なアプローチと考え、流れマクロスケールをラージ・エディ・シミュレーション(LES)により、化学反応との干渉スケールをflameletアプローチに基づき扱う火炎解析モデルに着目する。この解析法をマクロスケールでは実用に即した流れ条件に拡張すること、メゾスケールでは非予混合火炎における不均一な化学反応効果をモデル化すること、ミクロスケールには粒子や火炎内部の現象を定式化することによって、より広範囲な燃焼流れ問題に対応し得る数値予測法を開発する。
今年度は特に、課題A「燃焼流れの特性を予測し得る乱流解析モデル」の開発として乱流火炎のflameletアプローチに基づくLES解析を適用する場合の数値計算法を取り上げ、数値解の不連続性に伴う計算精度と安定性などの改良検討や局所的間欠的に分布する現象の空間平均モデルの定式化検討、課題B「流れ変動と干渉する化学反応効果の抽出」として保存スカラー方程式とG-方程式の連成による複合火炎に適用できる2スカラflameletモデルや、分散粒子計算を連成した噴霧形成・蒸発・微粒化を考慮した燃焼モデルなどの開発、および、課題C「マルチスケール連成解析における数値計算・可視化の融合技術」としてインタラクティブな画像化アプリケーションツールを利用した乱流LESに適した計算・可視化環境の試作や、粒子画像処理流速計(PIV)による乱流噴霧流れなど非定常現象の可視化実験計測と参照データの構築を行った。

Research Products

• [Publications] M Tsubokura: "A Numerical Study on the Eddy Structures of Impinging Jets Excited at the Inlet"International Journal of Heat and Fluid Flow, Elsevier Science Inc. vol.24. 500-511 (2003)
• [Publications] T.Tominaga: "Numerical Visualization of Turbulent Flow and Flame Behavior in Gas Turbine Combustor"Proceedings of PSFVIP-4. (2003)
• [Publications] M.Hirohata: "Large Eddy Simulation of Lifted Non-Premixed Jet Flames using 2-Scalar Flamelet Model"Third International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP-3). (2003)
• [Publications] N.Taniguchi: "Large Eddy Simulation of Turbulent Combustion Flow in a Gasturbine Combustor"The 5th Asian Computational Fluid Dynamics. (2003)
• [Publications] T.Tominaga: "Numerical Prediction of Turbulent Combustion Flown in Staged Combustor Using LES and Extended G-Equation"ASME GT, 2003. (2003)
• [Publications] M.Hirohata: "Large Eddy Simulation of Lifted Non-Premixed Jet Flames using 2-Scalar Flamelet Model"Proceedings of FEDSM '03, 4th ASME_JSME Joint Fluids Engineering Conference. FEDSM2003-45356. (2003)
• [Publications] N.Taniguchi: "Large Eddy Simulation of Turbulent Combustion Flow in a Gas-Turbine Combustor"Proceedings of FEDSM '03, 4th ASME_JSME Joint Fluids Engineering Conference. FEDSM2003-45522. (2003)
• [Publications] Y.Itoh: "Large Eddy Simulation of Spray Combustion in Swirling Flows"Proceedings of FEDSM '03, 4th ASME_JSME Joint Fluids Engineering Conference. FEDSM2003-45383. (2003)
• [Publications] N.Taniguchi: "A Large Eddy Simulation of Non-Premixed Turbulent Flame and Nitric Oxide Production"International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transfer. (2003)
• [Publications] Y.Itoh: "Numerical Prediction of Vaporizing Spray by using Large Eddy Simulation in Swirling Flows"The 5th Asian Computational Fluid Dynamics. (2003)
• [Publications] T.Tominaga: "Numerical Prediction of Turbulent Combustion Flows in Staged Combustor Using LES and Extended G-Equation"International Gas Turbine Congress 2003. (2003)
• [Publications] 谷口伸行: "浮き上がり噴流火炎のLES解析 -サブグリッド燃焼速度モデルの検討-"流体力学会年次大会. (2003)
• [Publications] 谷口伸行: "非燃焼、燃焼バーナ乱流LESにおける流入変動モードの影響"日本機械学会2003年度年次大会. (2003)
• [Publications] 谷口伸行: "乱流火炎のラージ・エディ・シミュレーションとその工学応用"日本機械学会第16回計算力学講演会講演論文集. 163-164 (2003)
• [Publications] 伊藤裕一: "乱流噴霧燃焼のLES"第18回日本燃焼学会/JFRC合同研究会. 58-64 (2003)
• [Publications] 伊藤裕一: "メタノール乱流噴霧燃焼のLES"第41回燃焼シンポジウム講演論文集. 123-124 (2003)
• [Publications] 冨永卓司: "矩形チャンネル内脈動流れの数値解析"第17回数値流体力学シンポジウム. D11-3. (2003)
• [Publications] 伊藤裕一: "LESによる乱流噴霧燃焼解析"第17回数値流体力学シンポジウム. B1-1. (2003)
• [Publications] 伊藤裕一: "LESによる乱流噴霧の数値解析"第19回生研TSFDシンポジウム. (2003)