Numerical analysis of aircraft engine improvement using a newly-developed atomization and transcritical vaporization model

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02351
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
• Research Institution: Shimane University
• Principal Investigator: Shinjo Junji 島根大学, 学術研究院理工学系, 教授 (10358476)
• 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)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 航空エンジン / 微粒化モデル / スワーラ流れ / 遷臨界

Outline of Final Research Achievements

The objective of this study is to establish an accurate numerical simulation model to predict the spray characteristics in aero-engines. Our proposed turbulent atomization model has been evaluated and used to elucidate the mechanism of atomization in a swirled flow. The results indicate that the swirled shear can be accurately captured and included, with good agreement in the droplet size distribution and the liquid sheet shape in comparison with experimental results. This indicates that the turbulent atomization model is well structured and the prediction of aero-engine flows can be possible using the present model.

Free Research Field

熱流体工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

学術的には、強乱流下における旋回流れ内の微粒化が、局所のせん断に起因するRayleigh-Taylor不安定性による微粒化機構によって決定されていることが分かったこと、提案した乱流微粒化モデルがそれを正しく捉えることができることが分かったことである。これにより、流れ場の形態によってモデルのパラメータなどを変更するなどの操作が必要ではないことが分かった。
社会的には、航空機のエンジンから排出される二酸化炭素や窒素酸化物などは気候変動等の原因となり、持続可能な社会を維持するには燃費効率を向上するとともに排出物の抑制を図らなければならないという要請があり、これに資するものである。