2015 Fiscal Year Research-status Report
支配方程式レベルで工夫する乱流混合・燃焼の高解像度モデリング
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15K14258
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
河合 宗司 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40608816)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺島 洋史 (石原洋史) 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20415235)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 航空宇宙流体力学 / 数値流体力学 / 反応流 / 燃焼 / 詳細反応機構 / 熱工学 / 航空宇宙流体力学 / 圧縮性流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では詳細反応機構に基づく実燃焼流問題のシミュレーションを可能とする、高精度かつ堅牢な数値計算法の確立を目的としている。研究の中核となるのは、独自の物理的な視点に基づき支配方程式レベルで工夫する数値計算法のアイディアを詳細反応機構に基づく燃焼流れに発展させることである。研究初年度である今年度は、まず研究分担者の支援を受け、基盤となる硬直性の強い化学反応項に対する陽的時間積分法や詳細反応機構に基づく燃焼流解析コードを準備し、水素反応系を用いて基本的な検証計算を実施した。
並行して、申請者等の支配方程式レベルで物理的に矛盾無く工夫する数値計算法のアイディアを詳細反応機構を用いた化学種の輸送方程式に発展させることを試みた。ここでのポイントは、格子で解像できていない燃焼面では各化学種分布や反応項は格子に対して不連続に変化し数値的に不安定となるが、これを如何にして物理的に矛盾無く数値的に安定に計算するかである。まず本研究では、格子で解像できていない燃焼面の数値不連続を従来のTVD型の不連続捕獲法で数値的に捕獲すると、物理的な矛盾から燃焼面の伝播を正確にシミュレートできないことを示した。またその上で、詳細反応機構を用いる利点の一つである着火現象を正確に捉え、かつ少ない格子点数で火炎伝播を正確にシミュレートしうる計算法を実現させるため、詳細については割愛するが、独自の視点に基づく物理的に矛盾無く支配方程式レベルで工夫する理論を燃焼流れに発展させた。現在、本提案手法を上記した詳細反応機構に基づく燃焼流解析コードへの実装を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請時の計画通り、研究初年度としてベースとなる化学反応項に対する陽的時間積分法や詳細反応機構を含む燃焼解析コードの準備を行い、基本的な検証計算を実施した。また、独自の支配方程式レベルで物理的に矛盾無く工夫する数値計算法のアイディアを詳細反応機構を用いた化学種の輸送方程式に発展させ、着火現象を正確に捉え、かつ少ない格子点数で火炎伝播を正確にシミュレートしうる計算法を理論上ではあるが考案した。以上から、初年度としての研究達成度は、当初の予定通り順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
検討した数値計算法を準備した燃焼解析コードに実装する。まずは1次元の水素反応系を用いて、本計算法が数値的な不連続となる燃焼面を安定に捕獲できるか、更には着火現象を正確に捉えかつ火炎面の伝播を正確に解析できるか、十分に細かい格子を用いた解析結果と比較することでその有効性を検証する。またこの検証解析を通じ、必要に応じて適切な物理的制約条件を創出していく。更に本提案計算手法を2次元、3次元燃焼流解析へと拡張し、多次元における燃焼流れへの適応性や有効性についても検証し、実燃焼流問題解析への本手法の有効性・可能性を示していく。
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| Causes of Carryover |
当初申請時よりも大幅に減額されており、数値解析用ワークステーションやそれに伴うコンパイラ・デバッガの購入を見送ったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度も申請時よりも減額されていることから、当初計画を遂行する為に計画している共同研究者との研究打合わせや研究議論の旅費や、代表的な国際会議での得られた研究成果発表旅費に使用する予定である。
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