2013 Fiscal Year Annual Research Report
多次元複合光学計測とＧＰＵクラウドＤＮＳによる乱流予混合火炎の多重階層構造の解明
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23226005
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
宮内 敏雄 明治大学, 研究・知財戦略機構, 特任教授 (50016664)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中別府 修 明治大学, 理工学部, 教授 (50227873)
志村 祐康 東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (30581673)
福島 直哉 東京大学, 工学系研究科, 特任助教 (80585240)
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| Project Period (FY) |
2011-05-31 – 2016-03-31
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| Keywords | 熱工学 / 流体工学 / 環境技術 / 二酸化炭素排出削減 / エネルギー効率化 / 乱流燃焼 / 多次元複合光学計測 / 直接数値計算 |
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| Research Abstract |
平成25年度は，数値的研究では，火炎自体が持つ固有不安定性の波長選択が高レイノルズ数乱流予混合火炎における火炎面の階層構造に与える影響を明らかにすることに重点をおき，実験的研究では，多次元複合光学計測に基づく実験解析手法をDNS結果を用いて高精度化することに重点をおいて研究を行った．数値的研究では，火炎の固有不安定性が明確となる水素・空気予混合気の希薄条件について,等方性乱流中を伝播する乱流予混合火炎に加え，旋回乱流予混合火炎を対象としてDNSを行い，火炎の固有不安定波長が火炎面の階層構造に与える影響を検討した．より一般的なSGS乱流燃焼モデルの構築するために，固有不安定性の波長選択と乱流及び火炎スケールとの関連性を調査し，SGS燃焼モデルにおける最小スケール表現モデルに関する修正法を検討した．実験的研究では，DNS結果を利用した実験解析手法の高精度化を行った．二平面CH PLIF，二平面OH PLIF同時計測による四平面PLIFを模擬して乱流噴流火炎のDNS結果を利用することで，四平行平面上の火炎面位置情報から火炎面曲率を高精度で算出可能であることを明らかにした．さらに，ダブルパルスCH PLIF, OH PLIF及び波長型二平面ステレオPIV同時計測を模擬して乱流噴流火炎のDNS結果を利用し，局所燃焼速度の高精度算出法の開発を行った．また，平成24年11月23日に発生した火災事故（JSPS，文部科学省報告済，使用者に過失なし，原因不明）により実験設備が甚大な被害を受けたため，実験室の改修工事及び実験設備の復旧を順次進めた．実験設備の復旧が完了次第，時系列PLIFと時系列PIVの同時計測技術を円滑に確立できるよう予備実験を進めた．
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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
数値的研究・実験的研究共に本研究の目的を達成するために必要な研究手法の構築は殆ど完了し，当初予定されていた研究課題はほぼ予定通り遂行されている．実験的研究では，平成24年11月の火災事故以降実験設備の復旧が完了していないため現在でも実験は停止しているが，今後実験的研究を遂行する上で構築する必要がある時系列PIV及び時系列PLIFの同時計測を実験設備の復旧後に迅速に構築するために，現在までに導入備品のイメージインテンシファイア及び高速度カメラを低繰り返しのLIFと共に用いて，時系列PLIF実現のための計測装置の要件を明らかにしている．現在実験設備の復旧作業が進行中であり，実験設備の復旧が完了次第，時系列PLIF計測法を円滑に構築できるよう予備実験を進めた．政府調達の関係から実験設備は平成26年9月末に復旧が完了する予定であり，研究期間終了時（平成27年度末）には当初予定していた成果が得られる見込みである．数値的研究では，研究計画を前倒して実行し，当初計画より順調に研究が進展しており，研究計画全体としておおむね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成24年度に発生した火災のため，今後も継続して数値的研究を当初研究計画より先行させて実施し，実験設備復旧後に実験的研究を集中的に行う．数値的研究では，複雑燃料を対象とした超並列GPUクラウドDNSを進め，実験的研究では，大気圧条件でより高いレイノルズ数条件と高圧力条件の乱流予混合火炎を対象として多次元複合光学計測を行い，乱流火炎の階層構造のレイノルズ数依存性及び圧力依存性や火炎内部構造の化学種依存性等を明らかにすることに重点をおいて研究を行う．
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