2016 Fiscal Year Annual Research Report
An efficient methodology for combustion flow simulations with large detailed chemical kinetics
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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 / 詳細化学反応 / ノッキング現象 / ロケット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，大規模詳細化学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に，化学反応方程式に対して高速陽的時間積分法を，多成分輸送係数計算に化学種バンドル法を組み合わせた独自の数値解析手法を提案した．高速陽的積分法は，準定常仮定による積分式に質量保存則を制約条件として課すことで構成されている．化学種バンドル法は，相互拡散係数の類似性を利用して，化学種をグループ化し，効率化を図る方法である．まず，本法は，層流伝播火炎解析と定容容器自着火問題に適用され，劇的な高速性を得るだけでなく，実験値との比較から，精度の点でも問題ないことを確認した．例えば，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では，従来法に対して，精度を保ちつつ，約80倍の高速化に成功した．ノッキング解析では，詳細化学反応と流体の相互干渉を解像できる本法の利点を活かし，ノッキング現象に特有のホットスポット生成メカニズムを明らかにし，ホットスポット反応性という概念を導入することで，ホットスポットと圧力波発達メカニズム，ノッキング強度の関係を明らかにした．これらの知見は，世界に先駆けた成果である．また，本法は，高圧メタンロケット燃焼場に適用され，噴射器ポスト背後の詳細燃焼流れ場解析を実施した．噴射速度に応じて，ポスト背後に生成される燃焼場が遷移していくが，その詳細なメカニズムを，流体と化学反応の相互干渉の観点から明らかにした．更に，水素伝播火炎不安定性における火炎近傍の化学反応構造の解明にも成功しており，様々な燃焼流れ場の解明に役立てられている．それぞれの研究に対して，査読論文，国際，国内学会において成果報告を行っており，研究発信を適宜実施している．
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