LESモデルによる乱流燃焼火炎解析法の開発とその評価

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11305017
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小林 敏雄 東京大学, 国際・産学共同研究センター, 教授 (50013206)
• 研究分担者: 大島 まり 筑波大学, 機能工学系, 助教授 (40242127) ; 佐賀 徹雄 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (30013220) ; 谷口 伸行 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10217135) ; 新美 智秀 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (70164522) ; 坪倉 誠 東京工業大学, 総合理工学研究科, 講師 (40313366)
• キーワード: 数値流体力学 / 燃焼流 / 乱流 / 画像計測 / ラージ・エディ・シミュレーション / PIV / 火炎モデル

研究概要

本研究では、乱流LESモデルを用いた燃焼火炎解析法を開発し、その有効性を評価するための検証計算コードを試作する。本年度は特に以下を取り上げて研究を進めた。
a)乱流燃焼火炎のモデリング
乱流と燃焼火炎の干渉により見かけの反応速度が増加する効果をLESサブグリツドスケール(SGS)において適切にモデリングしダイナミックSGSモデルによって定式化するととも、単純化した予混合燃焼器の流れに適用して有効性を検証した。
また、燃焼流において重要なスカラー場乱流拡散の非等方性、非平衡性を考慮したLESサブグリッドモデル(目的(B))を導入して予測の向上を図った。
b)乱流燃焼LESの数値解析法
乱流燃焼の正確な予測手法として差分法や有限要素法において物理量保存性を考慮した高精度スキームを提案するとともに、この成果を拡張応用して、境界適合座標系(BFC)や有限要素法格子による実用的解析コードの試作と検証を行った。また、複雑流れに適応した際の計算安定性やその抑制法により生じる数値誤差についても検討した。乱流燃焼の検証実験(佐賀、新美)
PIV(粒子画像流速計測)法やLIF(レーザー誘起蛍光)法などの可視化的手法を適用して乱流燃焼LESを比較検証しうる瞬時、非定常データを得ることを目的として、これらの計測に対する予備実験を行い、計測条件、精度の検証を得るとともに、評価検証実験の諸元を設定し、また、計側法、計測装置の改良により計測精度、解像度の向上を行った。

研究成果

• [文献書誌] 朴 南変: "G方程式に基づくダイナミック燃焼モデルによる乱流予混合燃焼LES"第14回生研NSTシンポジウム講演論文集-乱流数値シミュレーション,. 9-14 (1999)
• [文献書誌] H. Hu: "Research on the Effect of Parameter Selection on the Accuracy of PIV Result by Using Standard Images"5^<th> Asia Simposium on Visualization. Serpong-Indonesia. 1-8 (1999)
• [文献書誌] 小垣哲也: "非圧縮性乱流数値解析に適した一般座標系差分スキーム(第1報、座標変換後の基礎方程式の解析的保存特性と適切な差分スキームの一般座標への拡張)"日本機械学会論文集(B編). 65・633. 64-72 (1999)
• [文献書誌] 小垣哲也: "非圧縮性乱流数値解析に適した一般座標系差分スキーム(第2報、一般座標返系差分スキームの検証)"日本機械学会論文集(B編). 65・633. 1559-1567 (1999)
• [文献書誌] H. Hu: "Research on the Vortical and Turbulent Structure Changes of Jet Flow by Mechanical Tabs"Journal of Mechanical Engineering Science. 321-329 (1999)
• [文献書誌] M. Oshima: "Numerical Investigation of Conservative Properties for Finite Elementles"Proc.of the 3^<rd>. ASME/JSME Joint Fluids Engineering Conference. FEDSN99-7027 (1999)
• [文献書誌] N. Taniguchi: "Large Eddy Simulation of a Premixed Combustion Flow in a Gas Turbine Combuster"IJPGC 99. 1-4 (1999)
• [文献書誌] M. Tsubokura: "Subgrid Scale Modeling for Turbulence in Rotating Reference Frames"Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 81. 361-375 (1999)
• [文献書誌] M. Tsubokura: "Subgrid Scale Modeling for Turbulence Considering the Effect of External of External Force"Proc. of the First International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena. 875-880 (1999)
• [文献書誌] H. Hu: "PIV and LIF Measurements on the Lobed Jet Mixing Flows"Proc. of the Third International Workshop on PIV'99・Santa Barbara. 307-312 (1999)
• [文献書誌] T. Kogaki: "Conservative Finite Difference Schemes for Incompressible Turbulent in Generalized Coordinates"Turbulence and Shear Flow Phenomena First International Symposium. (1999)
• [文献書誌] 谷口伸行: "乱流LESにおける風上差分の影響"第2回計算力学講演会. 1-2 (1999)
• [文献書誌] 谷口伸行: "ガスタービン燃焼器の余混合火災シミュレーション"可視化情報. 19・2. 229-292 (1999)
• [文献書誌] 胡 暉: "Hierarchical Recursive PIV と噴流解析への応用"日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集. 354-355 (1999)
• [文献書誌] 朴 南変: "G方程式に基づくダイナミック燃焼モデルによる乱流予混合燃焼LES"第14回生研NSTシンポジウム講演論文集-乱流数値シミュレーション. 8-14 (1999)
• [文献書誌] 朴 南変: "ダイナミックサブグリッドモデルを用いた Flamelet LES 燃焼モデルによる保炎期廻りの乱流予混合燃焼流れのLES"日本数値流体力学会 第13回数値流体力学シンポジウム. A03-3 (1999)