2019 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation and modeling for the high Peclet number turbulent diffusion and reactive phenomena near the turbulent/non-turbulent inteface
| Project/Area Number |
18H01369
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
酒井 康彦 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20162274)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
角田 博之 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (10207433)
鈴木 博貴 山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (10626873)
久保 貴 名城大学, 理工学部, 教授 (20372534)
岩野 耕治 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20750285)
伊藤 靖仁 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (40346078)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 乱流・非乱流界面 / 反応流 / PDF法 / LES |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，乱流／非乱流界面近傍における高ペクレ数乱流物質拡散・混合場の特性と化学反応機構を実験と数値シミュレーションにより解明し，その結果に基づき，乱流／非乱流の界面を含む間欠的複雑乱流場に対応できる簡易で汎用性のあるPDF法用の物質分子混合モデルを発展させることを目的とする．具体的には以下の研究目的（A）,（B）関して集中的に研究を進める．
◯研究目的（A）：広いダイナミックレンジを有する高分解能ラグランジュ的速度・濃度計測システムの開発と乱流／非乱流界面拡散場におけるラグランジュ的統計量特性の実験的解明
◯研究目的（B）：確率微分方程式やLES法を利用した乱流／非乱流界面拡散・反応場のラグランジュ的PDF数値シミュレーションおよびDNSによる物質分子混合モデルの検証．
本年度の研究実績の概要は以下の通りである．
研究目的（A）に関して，昨年度は２次元PIVと２次元LIF法を組み合わせた２次元空間速度(２成分)・濃度同時計測システムを構築し，乱流格子近傍流れにおける乱流・非乱流界面で拡散する高シュミット数蛍光物質の速度場・濃度場の計測を行った．今年度は，このシステムにより得られる実験データの信頼性を高めるために，オイラー的計測ではあるものの，極めて高い時空間分解能（＝広いダイナミックレンジ）で無反応蛍光物質の濃度を計測できる光ファイバ型濃度計測プローブの開発を行った．これにより，乱流／非乱流界面における高シュミット数蛍光物質の混合の状態を正確に測定することが可能となり，昨年度開発したシステムの測定精度の検証が可能となった．また，研究目的（B）に関して，高ペクレ数物質の乱流拡散・混合場をDNSにより計算する場合，計算コストが大きく，計算の実行時間が非常に長くなってしまう問題がある．そこで，計算プログラムのMPI化を行った．これにより計算時間の大幅な削減を達成した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通りに研究を遂行し，乱流／非乱流界面を含む高ペクレ数乱流物質拡散・混合場に関する実験装置の開発と計算プログラムの開発が着実に進んでいるため．
|
| Strategy for Future Research Activity |
研究目的（A）：昨年度は無反応蛍光物質に対して，極めて高い時空間分解能で計測できる光ファイバ型濃度計測プローブの開発を行った．今年度はまず，乱流格子近傍流れにおける乱流・非乱流界面で拡散する高ペクレ数蛍光物質の速度場・濃度場を対象に２次元PIVと２次元LIF法を組み合わせた２次元空間速度(２成分)・濃度同時計測システムと光ファイバ型濃度計測プローブで計測を行い，２次元空間速度(２成分)・濃度同時計測システムの計測精度の検証を行う．また，動力学モード分析法(DMD 法)や大偏差原理に基づく揺らぎスペクトル解析等により，乱流/非乱流界面での物質拡散場の時空間統計量の性質を明らかにし，ラグランジュ的速度場・濃度場の同時統計量との関係を考察する．
研究目的（B）：MPI化を施した計算プログラムにより，シュミット数を1よりも大きくした二次元噴流，旋回を伴う２重円管噴流，格子近傍流れ，一様等方性乱流の物質拡散場・反応場のDNSを実施する．これにより，ラグランジュ的確率密度関数法(PDF法)の精度を決定する分子混合モデルがペクレ数の影響をどのように受けるかを明らかにする．さらに，実験結果との比較も行う事により，数値計算では再現が難しい現実の高ペクレ数物質拡散・混合に対する分子混合モデルの適用可能性についても調査を行う．
|
