| 研究課題/領域番号 |
19K21927
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分19:流体工学、熱工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
河合 宗司 東北大学, 工学研究科, 教授 (40608816)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2020年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 数値流体力学 / 詳細反応機構 / 燃焼 / 乱流 / 熱流体工学 / LES / 熱工学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、乱流燃焼シミュレーションに対する物理的忠実度および予測精度の向上を目指し、物理的な視点に基づく時空間操作の概念を詳細反応機構に基づく乱流燃焼LES方程式に導入し、連成する乱流と化学反応を高忠実に再現する物理モデルの構築を試みる。これにより、詳細反応機構に基づく実燃焼器スケールの乱流燃焼LESを可能としうる解析手法の確立を試み、乱流燃焼解析の新しい展開に挑戦する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、火炎帯厚さを格子で解像しない粗い格子を用いても乱流燃焼現象を高忠実に再現可能な詳細反応機構に基づく乱流燃焼LES手法の確立を目指し研究を進めた。本研究ではまず火炎帯内部の化学種分布は変えずに空間方向に引き伸ばすことで（火炎帯を人工的に引き伸ばすことで）、粗い格子でも層流伝播火炎の燃焼速度や自着火を正しく再現する火炎帯拡大モデル、Localized thickened flame（LTF）モデルを提案した。また本提案LTFモデルを基盤とした詳細反応機構に基づく乱流燃焼LESモデルについて、火炎面曲率効果のモデリングを提案し、その有効性を検証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
乱流燃焼現象は、エネルギー・環境の根幹を成す燃焼器の高効率化・低エミッション化に関わる重要な熱流体現象であり、詳細は化学反応を記述する詳細反応機構に基づく高忠実な乱流燃焼シミュレーション手法の確立は、燃焼器設計におけるトライ＆エラーを減らし、設計上流段階からのシミュレーションによる信頼できる燃焼器を設計する上で重要な役割を果たすと考えられる。また本研究がターゲットしている詳細反応機構に基づく反応速度のLESモデル（SGSモデル）は、学術的にも未だ確立されていない部分が多く、本研究は学術および工学応用、その両面から貢献することを目指して実施した。
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