2016 Fiscal Year Annual Research Report
An approach of modifying the governing equations in a physically-consistent manner for modeling of turbulent mixing and combustion
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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, 工学研究科, 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 / 圧縮性流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
実装が容易であり、人工的に火炎面を厚くすることで粗い計算格子で火炎を解像できるようにするArtificially Thickened Flame(ATF)モデルのアイディアを基にし、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。ATFモデルでは質量保存式中の拡散係数をF倍し、かつ反応率は1/F倍することで火炎構造を厚くしつつ、層流火炎速度は本来の速度となるようにするモデルである。本研究のベースとして、ATF モデルに着目し、詳細反応機構を用いた流体解析コードに実装した。まず、1次元層流伝播火炎速度問題に適用し、水素，炭化水素系としてプロパンを用い、本モデルの妥当性を確認した。実験値やモデル無しの計算結果との比較により、少ない格子点で正確に層流火炎速度を捉えられることを示した。ただし、反応帯が非現実的に拡がることを確認した。また、多次元問題として、2次元伝播火炎-渦干渉問題に適用した。ATF モデルの場合、モデル無しに比べて、火炎構造を少ない格子で捉えられるため、渦干渉後の火炎形状もよく再現できることを示した。この中で、ATFモデルの欠点である、反応率の人工操作による着火時間の問題を確認した。この課題を解決するため、物理的に矛盾無くこれらの拡散係数と反応率を自動的に制御することで、火炎面は人工的に厚くすることで粗い格子で火炎面を解像し、かつ正確に着火現象や火炎速度を扱える手法を考案した。乱流燃焼現象に対する検証が十分では無いため、今後は更なる乱流燃焼流解析での検証が必要である。また本研究では、今後の本手法の高次精度計算手法への展開を考慮し、化学種の保存則を丸め誤差レベルで常に満足する高次精度陰的フィルタースキームの開発を行った。
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Research Products
(1 results)
