| 研究概要 |
本研究では確率過程論の手法をCFD(数値流体力学)シミュレーションに適用することによって、汎用性の高い乱流燃焼の予測法を開発することを目的とする.これによって、内燃機関内燃焼のような高乱流燃焼場において重要な局所的な発熱による密度の不均一を精度良く記述するとともに、とくに温度、濃度に対して強い非線形となる燃焼生成物濃度の予測精度の向上を目指し,次の事項を実施した。
1.CFDガス流動シミュレーションプログラムへの確率過程論的手法の導入および計算方法の検討 差分格子内における燃料質量分率yの微視状態を確率密度分布PDFで表現し、その保存式を有限階差、完全陰解法で計算する方法を示した。とくに、対流、拡散によるPDFの変化を混成法の差分係数を用いた再分配によって求め、さらに乱流混合を2体衝突-再分散モデルにより記述した。そのさい、混合の速さはk-εモデルにより計算される乱れ特性値から算出することとした。
2.乱流混合過程の予測精度の調査 上で考案した基礎方程式および計算方法に基づいて作成したプログラムを、一次元および二次元乱流場に適用し、格子内の微視状態を記述する流体塊の数が20以上あれば、平均濃度の時間変化が理論値を再現することを確認した。さらに,流動を伴うより実用的な燃焼場の計算ができるプログラムを作成した。
3.濃度不均一を考慮したNO濃度の予測 内燃機関内燃焼過程を実測圧力経過に基づく熱力学モデルによって記述し、NO生成量の時間変化を化学動力学計算によって求めた。これにより、混合気濃度不均一を適切に記述すればNO排出濃度を予測できること、燃焼領域を撹伴して熱および物質を混合すればNoxを低減できることなどを示した。さらに,火花点火機関のCFDプログラムの燃焼モデルに化学反応速度を考慮してNOの計算を試み,確率過程論モデル導入の必要性を示した。
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