2015 Fiscal Year Research-status Report
大規模詳細反応機構に基づく高効率反応性熱流体シミュレーション技術の確立
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26390128
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
寺島 洋史 (石原洋史) 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20415235)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 燃焼 / 数値解析 / 化学反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多成分系輸送係数の計算を効率良く行うために，昨年度導入した化学種バンドル法の妥当性検証を実施した．ノルマルブタンとノルマルヘプタンの各種詳細反応機構を用いて，層流燃焼速度の実験値との比較を行った．その結果により，バンドル法によりグループ化した場合においても，計算高速性を保ちつつ，実験値と良い一致を示すことがわかった．化学反応方程式に対する高速陽的積分法と組み合わせた本法が，従来の方法に対して，高速性を有しつつ，精度も適切に維持することを確認した．
本法は，昨年度に引き続き，1次元ノッキング解析に適用され，末端ガス自着火圧力波強度に対する当量比の影響が新たに調べられた．希薄な場合には，熱発生速度の低下から圧力波強度は弱くなることが明らかにされ，ノルマルヘプタンの場合には，過濃側の当量比1.4付近で，ノッキング強度が極大となることが示されている．その理由については，解析を継続している．また，本法は，ロケット噴射器を想定した2次元高圧メタン酸素燃焼解析に適用され，多次元解析でも効率良く計算できることが示された．この高圧メタン酸素燃焼解析では，入口速度分布の影響を調べ，燃焼不安定性の一因となるメカニズムを示した．
詳細反応アレニウス式による反応速度項と一貫性のとれるサブグリッド燃焼モデル開発を進めるため，既存のArtificial Thickened Flame (ATF)モデルの実装と検証を実施した．層流燃焼速度計算により，ATFモデルの妥当性を検証した．また，爆轟波解析に適用し，ATFモデルを用いない場合に比べ，大幅に少ない計算格子点で，大まかな爆轟伝播を捉えることに成功した．ATFモデルの考え方を拡張し，新しいサブグリッド燃焼モデル開発を継続している．
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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
大規模詳細反応機構を用いた反応性流体解析を効率良く実施するため，高速陽的積分法と化学種バンドル法を組み合わせた数値解析手法を提案することができた．本法が，従来法に対して，劇的な高速性を有するだけでなく，精度の点でも問題ないことが，これまでの研究によって明らかにされた．また，本法は，約400化学種ノルマルヘプタンを用いた1次元ノッキング解析，約30化学種メタンを用いた2次元高圧ロケット噴射器周りの燃焼解析に適用され，現象解明に役立てられている．本法の適用性を拡張するため，詳細反応アレニウス式を用いた反応速度項に対するサブグリッド燃焼モデル開発を行っている．まず，既存のモデルであるATFモデルを実装し，妥当性検証と爆轟波解析への適用を行った．
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| Strategy for Future Research Activity |
詳細反応アレニウス式を用いた反応速度項に対するサブグリッド燃焼モデル開発を重点的に推進し，高速積分法と化学種バンドル法と合わせ，大規模詳細反応機構を用いた流体解析フレームワークを確立する．
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| Causes of Carryover |
異動によるPC譲渡が遅延し，必要なコンパイル購入を見送ったため
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
年度初めに購入予定である
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