• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2021 年度 実績報告書

先端レーザ計測及び直接数値計算データサイエンスに基づくAI支援乱流燃焼モデリング

研究課題

研究課題/領域番号 20H00224
研究機関東京工業大学

研究代表者

店橋 護  東京工業大学, 工学院, 教授 (40242276)

研究分担者 志村 祐康  東京工業大学, 工学院, 准教授 (30581673)
源 勇気  東京工業大学, 工学院, 助教 (70769687)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード乱流燃焼 / レーザ計測 / 直接数値計算 / AI支援モデリング / データサイエンス
研究実績の概要

本研究では,乱流燃焼のLarge Eddy Simulation(LES)のための物理数学モデルとして乱流燃焼モデルと火炎・壁面干渉熱伝達モデルを構築し,それらのモデルパラメータ同定において大規模直接数値計算(DNS)及び先端レーザ計測データを基盤とする深層学習等のAI技術を導入することで高精度AI支援モデルを構築する.令和3年度は,研究代表者らが提案したFDSGS燃焼モデルにおいて火炎面のフラクタル特性の下限を決定するインナーカットオフスケールに対する相関式等の代替として前年度に構築した深層学習モデルを,ガスタービン燃焼器等の強い旋回流を含む燃焼場において精度検証及び改良を行うことを重点に研究を行った.前年度の開発過程で対象とした一様乱流中の平面乱流予混合火炎に加えて,V型乱流火炎,平面噴流乱流火炎及びマイクロガスタービンを模擬した矩形燃焼器の旋回乱流予混合火炎を対象として,開発したAI支援モデルの精度検証を行った.いずれの乱流燃焼場においても,開発したAI支援モデルは未燃側で局所コルモゴロフ・スケールを高精度に予測可能であり,研究代表者らによるFDSGS燃焼モデルの高精度化に寄与できることを明らかにした.加えて,層流条件でのHead on quenchingを対象にAI支援火炎・壁面干渉熱伝達モデルの構築に取り組んだ.種々の燃料,当量比,予熱温度,壁温,圧力等の条件における層流予混合火炎と壁面の干渉に関するDNSデータを有効利用し,火炎・壁面干渉時に生じる極めて大きな壁面熱流束をLESの枠組みの中で考慮に入れることを可能とするAI支援モデルを構築した.適切な入力物理量の選定を行うことで,LESの任意の空間解像度及び時間解像度において,火炎・壁面干渉による壁面熱流束を予測する高精度AI支援モデルを構築した.

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

令和3年度に計画されていた火炎面インナーカットオフスケールを与える深層学習モデルの検証を,V型乱流火炎,平面噴流乱流火炎及びマイクロガスタービンを模擬した矩形燃焼器の旋回乱流予混合火炎において実施し,開発モデルが十分な精度を有することを明らかにしたため.また,計画されていた層流条件でのHead on quenchingを対象としたAI支援火炎・壁面干渉熱伝達モデルの構築も行われたため.

今後の研究の推進方策

申請書に記載の通り.令和4年度以降は,平均圧力が変化する燃焼場に対するAI支援乱流燃焼モデルの検証,AI支援乱流燃焼モデルの実装,AI支援火炎・壁面干渉熱伝達モデルの構築(乱流条件)を行う.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] A derivation of temperature-based energy equation for LES of isochoric turbulent combustion with FDSGS model2021

    • 著者名/発表者名
      Fuse Azusa、Yamada Rie、Minamoto Yuki、Shimura Masayasu、Tanahashi Mamoru
    • 雑誌名

      Combustion Theory and Modelling

      巻: 25 ページ: 1324~1351

    • DOI

      10.1080/13647830.2021.1976422

    • 査読あり
  • [学会発表] Effect of Turbulence Intensity on Flame-wall Interactions of Turbulent Premixed Flame in an Enclosed Rectangular Domain2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Wang, Y. Minamoto, M. Shimura, M. Tanahashi
    • 学会等名
      32nd International Symposium on Transport Phenomena
    • 国際学会
  • [学会発表] HOQ型火炎壁面干渉における壁面熱損失の機械学習モデル2021

    • 著者名/発表者名
      神永拓輝,源 勇気,志村 祐康,店橋 護
    • 学会等名
      熱工学コンファレンス2021
  • [学会発表] 異なる乱流燃焼条件に適用可能な局所コルモゴロフスケール AI 予測2021

    • 著者名/発表者名
      南啓伸,源 勇気,志村 祐康,店橋 護
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2021
  • [学会発表] Local Fractal Dimension Prediction of Turbulent Premixed Flame by Machine Learning2021

    • 著者名/発表者名
      R. Matsushima, M. Shimura, Y. Minamoto, M. Tanahashi
    • 学会等名
      The Second Asian Conference on Thermal Sciences
    • 国際学会
  • [学会発表] DNS and Advanced Laser Diagnostics of Steam-Diluted Hydrogen-Oxygen Combustion for Future Electric Power Generation2021

    • 著者名/発表者名
      M. Tanahashi
    • 学会等名
      13th Asia-Pacific Conference on Combustion
    • 国際学会 / 招待講演

URL: 

公開日: 2022-12-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi