2021 Fiscal Year Annual Research Report
Numerical analysis of aircraft engine improvement using a newly-developed atomization and transcritical vaporization model
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20H02351
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
新城 淳史 島根大学, 学術研究院理工学系, 教授 (10358476)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅村 章 公益財団法人名古屋産業科学研究所, 研究部, 上席研究員 (60134152)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 航空エンジン / 微粒化モデル / 遷臨界 / スワーラ流れ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、昨年度概略でその性能を確認した噴霧LES解析コードに対して、スワーラ燃焼器の実機条件において格子解像度の影響を詳細に調べた。格子解像度は、本研究での乱流微粒化モデルの基本となる乱流の強度の解像に強く関わっており、微粒化モデルでの生成液滴の粒径分布にも影響する。原理上は、格子解像度を細かくすれば本モデルの表式は直接数値計算（DNS）と同じになるため細かくする分には計算負荷の増大を除けば問題はないはずである。一方で、格子解像度を粗くする分にはどこかに下限があるはずであり、それを見極める。
前年度の東北大学・IHIのスワール流れの実験を模擬し、雰囲気圧7気圧の条件で解析を行った。その結果、格子解像度に必要な条件は、スワーラ噴射出口のせん断強度を解像することであることを定量的に確認した。このせん断強度は乱流の強さに関連付けられており、微粒化した液滴の径を決定する。実験との粒径の比較により、せん断の解像度が十分であれば実験とほぼ同じ粒径が出ること、それ以上の解像度でも同じ粒径分布になることが確認された。これにより、スワーラ流れにおいても計算の設定に関する定量的知見が得られた。また、スワーラ流れの構造についても解析し、逆流とそれによる液滴の分布について明らかにした。
また、より高圧での作動条件に対応させるため、遷臨界での微粒化モデルを組み込んだLESを構築したが、これを用いた解析もさらに進めている。
本研究のアプローチのように乱流微粒化モデルを詳細に検討することで噴霧の形成を正しく追うことができることが様々な条件下で実証されてきている。本研究で開発したモデルを一般のエンジン解析コードに実装できる取り組みも社会還元として進めている。
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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
当初計画の通り、航空エンジン形状での解析の詳細を検討し、モデルの実証を深く進めることができた。これを過去の結果とも比較することで、多くの条件での解析の信頼性を示すことができた。また、今後のモデル高度化へ進む道筋が明らかになってきた。本年度の助成で外部計算機の利用、解析PCやディスクの整備を行うことができ、有効に利用できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度の解析により、本研究での微粒化モデルとそれを組み込んだコードの有用性が確認され、液滴径の詳細も再現できることが分かった。2022年度は、さらなる確認のために雰囲気圧をさらに変えて検証するとともに、蒸発・反応も検討する。さらに、研究協力をいただいているIHIの実形状燃焼器にも適用を試み、スワーラ出口の乱流場の把握と微粒化への影響を調べたい。
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