| 研究課題/領域番号 |
17K14237
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| 研究機関 | 宮崎大学 |
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研究代表者 |
出原 浩史 宮崎大学, 工学部, 准教授 (50515096)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | パターン形成 / 燃焼 / 数値シミュレーション / 数理モデル |
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| 研究実績の概要 |
火災は一般家庭でもリスクの高い災害の一つであるが、その燃え広がり方は未解明なことが多く、よく分かっていない。この問題に対して空気の流れや流入量をコントロールでき、かつ空気の自然対流を抑制した単純な実験系がよく知られており、実験の結果、空気の供給速度や供給方向によって燃焼の挙動がまったく異なることが示されている。本研究の目的は、この実験で示された、空気の供給速度や供給方向によって燃焼の過程が異なることに焦点を当て、数理モデルを用いて、その違いを生み出す数理的構造を探索することである。
本年度は数理モデルの数値シミュレーションによって空間２次元問題の上流燃焼と下流燃焼のパターンダイナミクスの性質の詳細な調査と特徴付けを行った。上流燃焼についてはこれまでの国内外の実験や数値シミュレーションによる研究でも知られていたが、下流燃焼についてはあまり知られていなかった。このため、数値シミュレーションによる下流燃焼のパターンダイナミクスの研究は新しい研究方向であると考えている。特に本年度では数値シミュレーションで、酸素の供給速度と酸素濃度をパラメータとして、フェーズダイアグラムを作成し、燃焼パターンのダイナミクスに関してある傾向が見られることを確認したことが研究の重要な成果として挙げられる。このフェーズダイアグラムを基に今後の研究を進めていく。
また、今後の研究の方向性としては数値シミュレーションで見られるダイナミクスが実際の実験系でも観察されるのかという問題が新たに浮上してきており、実験を専門とする共同研究者との研究議論で明らかにしていきたいと考えている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
空間１次元の問題に関してはすでにこれまでに結果が得られており、それを基礎として２次元の問題へと拡張していくという当初の計画通りに進んでいる。特に２次元問題に関しては解析的に取り扱うのはほとんど不可能なので計算機を援用した手法が有用となっているため、数値シミュレーションによる計算機支援解析を進めてきた。数値シミュレーションでは酸素の供給速度と酸素濃度をパラメータとして、上流燃焼と下流燃焼に関してフェーズダイアグラムを作成し、燃焼パターンのダイナミクスに関してある傾向が見られることを確認している。この結果から上流燃焼と下流燃焼では根本的にパターンダイナミクスが異なることが示唆されたことは興味深い結果であると考えている。このフェーズダイアグラムの作成はこの今後の研究の進捗状況としては大きな意味を持つと考えている。また、実験を専門とする共同研究者と研究議論を行い、この数値シミュレーションで見られたパターンダイナミクスの傾向が実際の実験でも観察されるのかという研究も新たに進んでいる。以上のことから研究はおおむね順調に進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究の方策としては、現在までの進捗状況を踏まえ、数値シミュレーションで得られた酸素の供給速度と酸素濃度をパラメータとしたフェーズダイアグラムに対して、実際の実験で定性的に類似したフェーズダイアグラムが得られるのか?という新たな問題が出てきたので、実験を専門とする共同研究者と議論しながら進めていきたいと考えている。また、当初の計画通りに、酸素の供給速度を変化させると燃焼跡パターンの変遷が見られるという問題に関して、その起源となる解の不安定化とその分岐について計算機支援による解析で明らかにすることが方針である。特に、上流燃焼と下流燃焼に関して、一様な平面進行波解が不安定化を起こし、非一様な進行波解が出現することが数値計算で示唆しているが、実際に何らかの不安定化が生じ、その結果進行波解の分岐が生じていることを計算機を用いた解析により明らかにする。これらの２本柱で今後の研究を進めていく予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
計算機を購入したが、比較的安価に購入できたため、次年度使用額が生じた。使用計画としては外国への出張旅費にあてる予定である。
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