総括反応モデルを用いた乱流火炎伝ぱDNSのための衝突頻度因子の解析的検討

• 研究課題/領域番号: 07750233
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 北川 敏明 九州大学, 工学部, 助教授 (40214788)
• 研究期間 (年度): 1995
• 研究課題ステータス: 完了 (1995年度)
• 配分額: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 1995年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 乱流火炎 / 直接数値シミュレーション / 総括反応モデル / 衝突頻度因子

研究概要

「総括反応モデルを用いた乱流火炎伝ぱDNSのための衝突頻度因子の解析的検討」の研究を行うため、まず、予混合乱流火炎の伝ぱの数値シミュレーションを行うためのプログラムの開発を行った。プログラムは燃焼モデル以外の仮定をできるだけ少くするために、乱流モデルは用いず格子間隔をコルモゴロフスケール以下とした直接数値シミュレーションとし、また混合気組成、温度変化に応じた物性値の変化などを考慮できるものとした。科学反応については、一段不可逆な総括反応モデルとした。
このプログラムを用い、メタン空気予混合気の火炎伝ぱの数値シミュレーションを行った。そこでは総括モデル中の衝突頻度因子を、漸近解析的手法により求めシミュレーションに用いた。得られた予測結果から求めた燃焼速度と実験による実測の燃焼速度との比較から、層流燃焼速度に基づき漸近解析により求めた燃焼速度は、必ずしも実測値とは一致しなかった。
求められた頻度因子の値を漸近解析での値から変化させて数値計算を行うと、火炎の厚さや挙動が変化する結果が得られた。シミュレーションにおいては、この総括モデル中の反応の速度を律している衝突頻度因子が、シミュレーションそのものの精度を決定する重要な因子であることが明らかとなった。
また、混合気の当量比や燃料の拡散係数などの特性値を変化させながら、シミュレーションを行った結果、漸近解析的手法のみからではその影響を考慮できない因子があることが明らかとなった。