2017 Fiscal Year Research-status Report
圧縮自着火乱流燃焼における希薄火炎と壁面の干渉機構の解明
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16K18025
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
福島 直哉 東海大学, 工学部, 講師 (80585240)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 乱流燃焼 / HCCIエンジン / 直接数値計算 / 自着火燃焼特性 / 火炎と壁面の干渉 / エネルギー効率化 / 予混合火炎 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高効率・低環境負荷燃焼法である圧縮自着火乱流燃焼が近年注目されている．研究代表者らはエンジン内を模擬した高圧条件下での二次元定容容器内自着火乱流燃焼の直接数値計算(DNS)を行い，希薄予混合気に比較的大きな温度変動を与えた場合，幾つかの自着火領域から火炎が伝播することを明らかにし，熱や化学種等の拡散という火炎伝播の本質を表す指標を用い，自着火，火炎伝播，火炎囲い込み形態に分類する手法を新たに提案した．さらに，定容容器内自着火乱流燃焼の直接数値計算を行い，燃焼器壁面近傍に希薄火炎が長時間滞留し，局所消炎による未燃物の排出や壁面熱損失などの燃焼器性能に大きな影響を与えることを明らかにした．本研究では，数値的手法を駆使し，GPUを搭載したグリッド型スーパーコンピュータに最適化した乱流燃焼のDNSを行い，圧縮・膨張過程を伴う自着火乱流燃焼特性及び壁面近傍に形成される希薄火炎と壁面の干渉機構を解明することを目的としている．
本研究課題では，数値的手法を用い，GPUクラウド（GPUを搭載したグリッド型スーパーコンピュータ）へ最適化された乱流燃焼の直接数値計算を行い，定容容器内及び圧縮・膨張過程を伴う乱流中での自着火乱流燃焼機構と壁面近傍に形成される希薄火炎と壁面の干渉機構を明らかにする．今年度は，昨年度に引き続き，局所最適化簡略化学反応機構の直接数値計算コードへの組み込み，最適化を行い，計算速度の高速化を進めた．その結果，より高速な直接数値計算を行うことが可能となった．開発したDNSコードを用いて，圧縮・膨張過程を伴う二次元乱流中の圧縮自着火における希薄火炎と壁面干渉機構の解明に重点を置いて研究を進めた．
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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
当初の計画通り，圧縮・膨張過程を伴う二次元乱流中の圧縮自着火の直接数値計算を行い，希薄火炎と壁面干渉機構の解明を進めており，当初の研究計画を十分に達成できると考えられるため．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，当初の研究計画にそって，研究を遂行する．これまでに開発した直接数値計算（DNS）コードを最適化を進め，計算速度の高速化をさらに達成する．また，今年度計算を行った，圧縮・膨張過程を伴う二次元乱流中の圧縮自着火における希薄火炎と壁面干渉に関するDNS結果の解析を進める．さらに，圧縮・膨張過程を伴う乱流中の圧縮自着火のDNSを行い，希薄火炎と壁面干渉機構を解明するとともに，未燃物の排出や壁面熱損失などの燃焼器性能へ与える影響を明らかにする．
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| Causes of Carryover |
申請時予算額に比べ，交付決定額が減額されたため，最終年度に大規模DNSを行うために，次年度使用できる予算を残した．
生じた次年度使用額は，昨年度，今年度開発，最適化を行った高速度・高効率なDNSコードを利用することにより，圧縮・膨張過程を伴う乱流中の圧縮自着火における希薄火炎と壁面干渉機構を解明するために，圧縮・膨張過程を伴うHCCI乱流燃焼のDNSを大規模に行うために使用する．
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