| 研究課題/領域番号 |
21H01522
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
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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| 研究分担者 |
河合 宗司 東北大学, 工学研究科, 教授 (40608816)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2023年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2022年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2021年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
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| キーワード | 超臨界流体 / 燃焼 / 非理想性 / 火炎モデル / ラージエディシミュレーション / LES火炎モデル / 詳細反応 / 超臨界圧燃焼 / LES解析 / 詳細反応機構 / 乱流燃焼モデル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は，航空宇宙推進器等で見られる超臨界圧環境下燃焼流れ場の高度予測を可能とする燃焼流体シミュレーション(燃焼CFD)技術の開発とその適用を目的とする．目指す開発技術の中心を，化学反応の理解に基づく燃焼制御及び予測技術と据え，それを可能とする詳細反応機構を適用した燃焼CFD技術を開発する．具体的には，本グループが持つ独自の視点に基づき，詳細反応機構を適用可能な化学反応項LESモデル及び燃焼LES壁モデルの開発に挑戦する．ロケット燃焼で課題として残される燃焼振動及び壁熱流束予測問題へ適用することで，開発した燃焼CFD技術の有効性を実証する．
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| 研究成果の概要 |
航空宇宙推進器等で重要となる超臨界圧燃焼流体シミュレーション技術の開発を行った．超臨界圧流体では，非理想性の考慮が重要となるが，熱物性と輸送物性に加えて，既存の研究で無視されてきた化学反応に対する非理想性を考慮した超臨界圧燃焼流体シミュレーション技術を確立した．開発したシミュレーション技術は実験結果との比較によりその妥当性が検証された．また，高圧条件では燃焼火炎帯を適切にシミュレーションするために膨大な格子点数が必要となる．この問題を解決するために新しい伸張火炎モデルを提案した．本火炎モデルによって，非常に少ない格子点数で正確な火炎挙動を捉えることが可能であることを示した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
既存の研究で無視されてきた化学反応に対する非理想性を考慮した超臨界圧燃焼流体シミュレーション技術を確立した．既存の研究とは異なり，化学反応の平衡定数を通して非理想性が考慮されるようモデル化を行ったものである．熱物性，輸送物性，そして化学反応と一貫して非理想性が考慮できる世界でも稀有な解析技術である．また，新しい火炎モデルの開発では，物理現象を満たすように空間フィルター余剰項を構築するという独自の方法論を用いてその開発に成功した．モデルを利用しない直接数値解析に対して数百倍から数千倍という大幅な計算負荷の低減が可能であり，燃焼技術開発におけるシミュレーション適用に大きなインパクトを与える．
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