| 研究課題/領域番号 |
17H03481
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| 研究機関 | 島根大学 |
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研究代表者 |
新城 淳史 島根大学, 総合理工学研究科, 准教授 (10358476)
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| 研究分担者 |
梅村 章 公益財団法人名古屋産業科学研究所, 研究部, 上席研究員 (60134152)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 推進・エンジン / シミュレーション工学 / 国際宇宙ステーション（ISS) / 流体工学 / 噴霧燃焼 |
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| 研究実績の概要 |
第一段階として、我々が提案している乱流微粒化モデルが、恣意的パラメータを条件ごとに導入する必要なく様々な噴射条件に対応していることを確認した。これには噴射条件を変えて実際にノズル付近の解析を行い、限定的ではあるが公表されている実験データと比較することでその有効性を実証した。これは並列化性能を向上させたこともあり想定以上にはやく進み、モデルの微修正を行いその有効性を確認することができた。第二段階として、予定を前倒しして当初30年度実施予定の非燃焼噴霧全体の解析を複数ケース実施した。この結果、やはり我々の提案している乱流微粒化モデルの有効性を確認できた。また、実験では得られない噴霧内部の詳細な流れ情報を得ることができたため、乱流噴霧の形成過程の物理メカニズムについても明らかにすることができた。この成果をまとめ、学会発表での受賞（第49回流体力学講演会／第35回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウムにて最優秀賞（航空宇宙数値シミュレーション技術部門）を受賞）や、査読付論文としての発表（Combustion and Flame誌）につなげることができた。この結果は、これまでの噴霧解析に革新を迫るものでインパクトのある結果だと考えている。また、さらに蒸発噴霧及び燃焼噴霧の解析を前倒しで開始しており、さらなる知見の獲得を目指している。幸い、自動車メーカにも関心を持ってもらっており、共同での研究等の情報交換につなげて社会還元の道筋をつけている段階である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初計画では、29年度中に噴霧モデルの高度化とノズル直下領域に限定した解析まで進める予定であったが、この作業は予想以上に進捗した。導入した計算機により占有してコード効率化と計算が実施できたため、ノズル直下の領域の解析時間が想定以上に短縮できたことが大きい。このため、多くの計算ケースを実施することが可能になり、様々な実験条件に対して提案しているモデルが対応できるか確認する作業を前倒しで進めることができた。その結果、モデルの大幅な変更は必要がなく、様々な実験条件に対応できることが確認されるという良好な結果を得ることができた。したがって、年度の前半でモデルの高度化も終了した。そのため、当初30年度に実施予定の非燃焼噴霧の全体解析を29年度に前倒しで実施した。結果は良好で、すでに査読付論文として投稿、アクセプトされる段階まで進めることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初計画を前倒しして、エンジンでの利用を想定して蒸発噴霧と燃焼噴霧の解析を行う。計算は複数ケース実施し、提案した乱流微粒化モデルの有効性の再確認と噴霧物理の解明を行う。それぞれ、実験データは限定的であるが、数値計算が実験の不足を補完してより物理的理解が進むことを目指す。蒸発噴霧の場合は、反応はないものの熱と物質の輸送（伝熱と拡散）が起こるため、非蒸発噴霧とは異なる構造になる。理論的には、噴射孔付近の濃厚噴霧には温度と濃度の3層構造が現れ、下流の噴霧に影響を与えることが予想される。これらの機構を定量的に解明する予定である。燃焼噴霧の場合は、エンジンへの応用を考えると着火に至るまでの過程が重要になる。これは化学反応系に依存するため、総括一段反応系および詳細反応系を現在の計算コードにそれぞれ組み込み検討する。反応系の組み込みに関する計算の硬直性への対処はすでに準備してある。これらのケースに比較により、エンジンで実用的に使える噴霧コードの設定についての知見を得ることを目指す。また、燃焼噴霧の構造の物理的解明も行う予定である。また、並行して、並列化効率の向上のためのコードの改良も行い、より使いやすいコードになるよう目指す。
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