2008 Fiscal Year Annual Research Report
超臨界燃焼流れにおけるメゾスケール熱物性モデル・燃焼反応モデルの開発
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19360092
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| Research Institution | Japan Aerospace Exploration Agency |
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Principal Investigator |
坪井 伸幸 Japan Aerospace Exploration Agency, 宇宙科学研究本部, 准教授 (40342620)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
越 光男 東京大学, 工学系研究科, 特任教授 (20133085)
津田 伸一 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 情報・計算工学センター, 研究員 (00466244)
林 光一 青山学院大学, 理工学部, 教授 (60156437)
清水 和弥 東京大学, 工学系研究科, 特任助教 (80373447)
徳増 崇 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (10312662)
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| Keywords | 超臨界流体 / マルチスケール / 燃焼 / 熱物性 |
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| Research Abstract |
液体ロケットエンジンや高負荷なディーゼルエンジンなどのエンジンで現れる超臨界燃料流れに対して,分子動力学法や量子分子動力学法などを駆使したマルチスケール手法により酸水素燃焼反応における熱物性データや状態方程式の構築,燃焼反応モデルの構築を目指している.世界的に見てもこれらのデータは大きく不足しており,これらを構築することで超臨界燃焼流体を対象とした圧縮性燃焼流体の数値解析の発展に大きく貢献できると考えている.本年度の研究の成果としては,それぞれ次の通りになる.熱物性データや状態方程式の構築については,低温水素に対する2-Center Lennard-Jonesポテンシャルを用いた古典分子動力学の解析を行い,物性値の再現とその限界を評価した.また,酸水素間の表面張力と拡散係数についても分子動力学法により評価し,表面張力についてはNIST(米国標準技術局)データに比べて2-3割減,拡散係数については同程度の結果を示した.次に燃焼反応モデルについては,高圧における信頼性が高い詳細化学反応モデルの一つであるKoshi modelを引き続き用いて,高圧の実験データが存在する水蒸気希釈の酸水素予混合気における層流火炎速度の解析を行った.そして,支配的な反応であるH+O2+M→HO2+M(M=H2O)の速度定数を決定し,層流火炎速度に関して実験結果を再現することができた.最後に流体解析手法の改良として低速流れへの対応及びLarge Eddy Simulationの定式化を実施した.特に低速流れへの対応については,定常計算ではNACA0012翼型周りの低速・低Re流れの解析を行い,固有値を操作する前処理法を使用することにより計算結果の収束性を大幅に改善することが示された.また,2次元円柱周りの非定常解析についても抵抗係数などに関して実験データや非圧縮流れの解析結果と良好な一致を示した.
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