2017 Fiscal Year Annual Research Report
Accurate Numerical Study on Ultra-high-pressure Diesel Spray Phenomena
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15K05795
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
住 隆博 佐賀大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30358668)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒滝 卓司 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 上席研究開発員 (20358659)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ディーゼル噴霧 / 気液二相流 / 圧縮性 / 数値流体力学 / 拡散界面モデル / シャープ界面モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超高圧燃料噴射時におけるノズル噴孔内流動と噴霧微粒化過程の実用的な数値解析を行うには、気液相の圧縮性効果に加え、相転移効果や表面張力効果を考慮した高精度気液二相流解析コードを開発する必要がある。今日における圧縮性気液二相流の数値解法は気液界面の取り扱いに関して、熱力学モデルの構築を必要とする「拡散界面モデル」と幾何学的な追跡を必要とする「シャープ界面モデル」に大別されるが、それぞれ界面捕捉性や質量保存性について一長一短があることが知られている。研究期間全体を通して、研究代表者（住）が拡散界面モデルを、研究分担者（黒滝）がシャープ界面モデルを担当して、協力しながら本現象に対する計算技術の研究とコード開発を行った。
住は、研究期間前半において、6方程式拡散界面モデルによる圧縮性気液二相流解法の研究を行い、相転移効果を伴わない場合について超高圧燃料噴射の予備計算を行った。研究期間後半では、この基本コードをベースに相転移効果と表面張力効果のモデル化と導入を行い、最終的に圧縮性気液二相流において必要な物理モデルをすべて考慮した形で、超高圧燃料噴射のシミュレーションを行うことに成功した。
黒滝は、研究期間前半において、レベルセット法をベースとした圧縮性気液二相流解法の研究を行い、相転移効果を含まない場合についてコードの基礎的な検証を行った。研究期間後半では、この基本コードをベースに分子動力学的理論に基づく相転移効果のモデル化と導入を行い、凝縮と蒸発を伴うキャビテーションバブル崩壊現象について計算と実験の良好な一致を確認した。
最終年度において上記の二つの解法を比較した結果、キャビテーション現象のように気液界面が自然発生・消滅を起こす流れでは、拡散界面モデルの方が有効であるとの結論に至り、相転移を伴う超高圧燃料シミュレーションの数値モデルについて確固たる方向性を定めることができた。
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