個別の燃焼場特性に基づいたデータベース構築による高精度燃焼流動場予測

• 研究課題/領域番号: 22K03971
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分19020:熱工学関連
• 研究機関: 名城大学
• 研究代表者: 武藤 昌也 名城大学, 理工学部, 准教授 (30466445)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 燃焼流動場 / 化学反応のデータベース / 流体の数値シミュレーション / 燃焼反応解析 / 数値シミュレーション

研究開始時の研究の概要

数値シミュレーションを用いて燃焼流動場を予測するための手法は，流体計算と連成して燃焼反応に現れる化学種の輸送方程式を解く方法，あるいは流体計算を実施する前にあらかじめデータベース化した火炎特性を参照する方法に大別される．本研究では詳細化学反応解析とデータベースを参照する手法を統合的に用い，実際の燃焼流動現象に基づいた負荷の低減を図る解析手法を新たに構築し，従来の手法に対する優位性を検討する．

研究実績の概要

令和5年度に得られた成果は以下の通りである。本研究の目的である、燃焼流動場の詳細化学反応解析を行いながら逐次データベースを作成する手法の開発に取り組むため、本年度（二年目）は、初年度に実施した噴流火炎を含む燃焼流動場の数値シミュレーションデータを利用した解析空間の流速分布に基づくひずみ率空間分布のさらに詳細な解析を実施した。具体的に数値シミュレーションに用いた手法は、流れ場の非定常性を再現するLarge-eddy simulation、メタン/空気の化学反応を表現する二段総括反応であり、これらは初年度と同様である。本シミュレーションデータの解析により、噴流火炎を含む燃焼流動場においてひずみ率が取りうる値の範囲は初年度に概ね確認されていたが、二年目の詳細な解析により、本研究では当初想定していなかった結果を得つつある。すなわち、既往研究によれば、燃焼流動場のあるひずみ率の値には一点ないし二点の燃焼温度が対応する理解であったが、本研究で数値シミュレーションを行った失火や再着火を含むような燃焼流動場においては、特定の一点ないし二点ではなくより幅広い分布を持つ温度が対応するような解析結果を得た。そこで現在は、本研究の目的である燃焼流動場の詳細化学反応解析を行いながら逐次データベースを作成する手法の構築に取り組み、この手法と比較を行うべき詳細化学反応計算の準備を進めるとともに、上述した燃焼流動場のひずみ率と幅広い分布を持つ温度との関係についても合わせて物理的な検討を進めている。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本年度（二年目）は初年度の結果をもとに、噴流火炎を含む燃焼流動場の解析空間の流速分布に基づくひずみ率の空間分布解析に基づいた逐次データベース作成方法の構築を進めた。一方、本研究では当初想定していなかった燃焼流動場のひずみ率と温度分布の関係を得ており、この関係の物理的な考察も並行して行っているため、当初計画に対してはやや遅れていると判断される。

今後の研究の推進方策

本年度（二年目）に開始した逐次データベース作成方法の構築とそれを用いた噴流燃焼場解析結果の実験計測値との比較を引き続き進めるとともに、本研究では当初想定していなかった燃焼流動場のひずみ率と温度分布の関係についても物理的な考察を進める予定である。