| 研究課題/領域番号 |
21K14100
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
山本 姫子 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (50791571)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | Flameletモデル / 複数供給系 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
当量比や初期温度が異なる複数の供給系を組み合わせることで有害な窒素酸化物(NOx)を低減する燃焼技術が期待されている．低NOx燃焼器の排出物特性を実用的な計算コストで再現するため，Flameletモデルと圧縮性流体解析による数値シミュレーションが有望だが，本手法で用いる層流火炎のデータベースで複数供給系を表現することは挑戦的な課題である．本研究ではニューラルネットワークの活用や新たな流れの特徴量の導入により，上流の反応で変化した温度や化学組成が下流の反応に与える影響を考慮するFlameletモデルを構築し，複数供給系を有する実燃焼器を対象とした検証計算を実施する．
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| 研究実績の概要 |
本研究では、当量比や初期温度が異なる複数の供給系を組み合わせることで有害な窒素酸化物（NOx）を低減する低NOx燃焼器の燃焼現象の高速・高精度な再現に向けて、上流の反応で変化した温度や化学組成が下流の反応に与える影響を考慮することで複数供給系を表現するFlameletモデルの構築と検証を行う。三年目となる本年度は「大規模Flameletテーブルの作成手順を効率化する自動化プログラムの作成と検証解析」を実施した。
まず、制約付き最適化手法である内点法により、一次元層流対向流拡散火炎の解を検証データとして、Flameletテーブルの軸の刻みを不等間隔で最適化する手法を確立した。内製の圧縮性流体解析ソルバにおいてこれらのFlameletテーブルを二分探索法により参照可能とした。一次元層流対向流拡散火炎の事前解析について各解の最高温度の差が規定値未満となる高品質データの自動取得を行った。これらの最適化手法と自動化プログラムを統合することで、大規模Flameletテーブルの作成手順の効率化を実現した。また、超臨界圧における二次元LOX/GH2せん断層を対象に、これらの提案手法により作成した様々な構成のFlameletテーブルを用いた検証解析を実施し、従来型のFlameletテーブルによる解析結果と比較考察を行うことで本手法の有効性を示した。Flameletテーブルの評価項目は①一次元層流対向流拡散火炎のデータ品質、②各軸の分割数、③最適化の目的関数とし、各Flameletテーブルが解析結果の軸方向流速・温度に与える影響について分析を行った。本年度の研究成果を国際学会において発表した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
研究実績の概要でも述べた通り、三年目となる本年度は「大規模Flameletテーブルの作成手順を効率化する自動化プログラムの作成と検証解析」を実施した。制約付き最適化手法である内点法により、一次元層流対向流拡散火炎の解を検証データとして、Flameletテーブルの軸の刻みを不等間隔で最適化する手法を確立した。一次元層流対向流拡散火炎の事前解析について各解の最高温度の差が規定値未満となる高品質データの自動取得を行った。これらの最適化手法と自動化プログラムを統合することで、大規模Flameletテーブルの作成手順の効率化を実現し、二次元LOX/GH2せん断層を対象とした検証解析を実施した。
当初の計画では「複数供給系を表現するFlameletモデルを用いた、多孔質円筒ノズルを用いた基礎燃焼試験を対象とする数値解析の実施」および「大規模Flameletテーブルの作成手順を効率化する自動化プログラムの改良」を予定していたが、本年度は後者の実施にとどまったことから、進捗状況は「やや遅れている」とする。
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| 今後の研究の推進方策 |
四年目となる本年度は、前年度に実施した二次元LOX/GH2せん断層の検証解析結果の分析を進め、Flameletテーブルに求められる精度について考察を行う。前年度に構築した「大規模Flameletテーブルの作成手順の効率化」のフレームワークを応用し、非断熱Flameletモデルをはじめとした多次元Flameletテーブルへの適用を実現する。また、複数供給系を表現するFlameletモデルを用い、多孔質円筒ノズルを用いた基礎燃焼試験を対象とする数値解析を実施し、これまでに実施した詳細化学反応機構を用いた解析結果および試験結果との比較考察を行う。
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