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2012 年度 実績報告書

多次元複合光学計測とGPUクラウドDNSによる乱流予混合火炎の多重階層構造の解明

研究課題

研究課題/領域番号 23226005
研究機関明治大学

研究代表者

宮内 敏雄  明治大学, 研究・知財戦略機構, 特任教授 (50016664)

研究分担者 志村 祐康  東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (30581673)
福島 直哉  東京大学, 工学系研究科, 特任助教 (80585240)
研究期間 (年度) 2011-05-31 – 2016-03-31
キーワード熱工学 / 流体工学 / 環境技術 / 二酸化炭素排出削減 / エネルギー効率化 / 乱流燃焼 / 多次元複合光学計測 / 直接数値計算
研究概要

平成24年度は,数値的研究及び実験的研究をさらに高いレイノルズ数が実現できる高圧力環境下に拡張し,乱流予混合火炎における火炎面の階層構造を明らかにすることに重点をおいて研究を行った.数値的研究では,V型乱流予混合火炎及び旋回乱流予混合火炎を対象とした超並列GPUクラウドDNSを高圧力条件に拡張し,高レイノルズ数のDNSを実現した.前年度までに得られたDNS結果を総合し,乱流予混合火炎の火炎面のフラクタル次元及びinner cutoffに関する普遍的な相関式を提案し,それらをSGS燃焼モデルに反映させた.さらに,これらの乱流火炎のDNSを火炎内部の階層構造が形成されると予測される乱流微細構造と火炎の時間スケールが近い条件で行った.水素燃料を対象としたDNS結果から,最も基本的な火炎内部の階層構造を明らかにし,その形成過程と局所熱発生率に及ぼす影響を明らかにした.実験的研究では,ダブルパルスCH PLIF,OH PLIF及び二平面ステレオPIV同時計測を構築し,乱流噴流予混合火炎における計測を行い局所燃焼速度の直接計測の高精度化を行った.さらに四平面PLIFと二平面ステレオPIVとの同時計測により火炎面の階層構造を明らかにすることを予定していたが,火災事故(JSPS,文部科学省報告済,使用者に過失なし,原因不明)によって実験を中断した.実験的研究の遅れを補うために,平成25年度に実施予定であった水素・空気予混合気の希薄条件における等方性乱流中を伝播する乱流予混合火炎のDNSに着手した.また,高圧力・高レイノルズ数条件下の乱流予混合火炎における火炎面の階層構造を解明するために,高圧燃焼器(10気圧以下)を新たに設計・製作した.実験設備の復旧が完了次第,実験計測を円滑に遂行できるよう予備実験を進めた.

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

当初の計画通り,数値的研究では高圧力条件の超並列GPU-DNSを実現し,DNS結果から乱流予混合火炎の階層構造の圧力依存性を明らかにすると共に,得られた知見をSGS燃焼モデルへと順次反映している.また,火災事故により実験装置が甚大な被害を受け,実験的研究を進展させることができなくなり,高圧燃焼装置の構築にも遅れが生じた.しかし一方で平成25年度に実施予定であった数値的研究課題を前倒して着手したため,研究計画全体としてはおおむね順調に進展している.

今後の研究の推進方策

火災事故のため,今後も継続して数値的研究を当初研究計画より先行させて実施し,火炎自体が持つ固有不安定性の波長選択が高レイノルズ数乱流予混合火炎における火炎面の階層構造に与える影響を明らかにすることとそのモデル化に重点を置いて研究を遂行する.

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (15件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (13件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Flame and Eddy Structures in Hydrogen-Air Turbulent Jet Premixed Flame2012

    • 著者名/発表者名
      M. Shimura, K. Yamawaki, N. Fukushima, Y.-S. Shim, Y. Nada, M. Tanahashi and T. Miyauchi
    • 雑誌名

      Journal of Turbulence

      巻: 13 ページ: -

    • DOI

      10.1080/14685248.2012.720022

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 乱流火炎構造研究の最先端(DNSと先端レーザ計測)2012

    • 著者名/発表者名
      店橋護, 福島直哉, 志村祐康, 由川格
    • 雑誌名

      日本流体力学会誌「ながれ」

      巻: 31 ページ: 333-338

  • [雑誌論文] 乱流燃焼研究における大規模数値データのハンドリングと可視化技術2012

    • 著者名/発表者名
      店橋護, 福島直哉, 由川格, 志村祐康
    • 雑誌名

      日本燃焼学会誌

      巻: 54 ページ: 158-165

  • [雑誌論文] エンジン内乱流燃焼機構の解明に向けて2012

    • 著者名/発表者名
      店橋護, 志村祐康, 福島直哉
    • 雑誌名

      自動車技術会誌「自動車技術」

      巻: 66 ページ: 82-85

  • [雑誌論文] Large- and Fine-Scale Vortical Structures in Turbulent Premixed V-Flame2012

    • 著者名/発表者名
      T. Kadowaki, N. Fukushima, M. Shimura, M. Tanahashi and T. Miyauchi
    • 雑誌名

      Proceedings of 3rd International Forum on Heat Transfer

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Measurement of Fine Scale Eddy in Turbulent Jet by Quad-Plane Stereoscopic PIV2012

    • 著者名/発表者名
      K. Tomita, M. Shimura, Y. Naka, N. Fukushima, M. Tanahashi and T. Miyauchi
    • 雑誌名

      Proceedings of the First International Education Forum on Environment and Energy Science

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quad-Plane Stereoscopic PIV in Turbulent Jet2012

    • 著者名/発表者名
      M. Tanahashi, K. Tomita, M. Shimura, N. Fukushima and T. Miyauchi
    • 雑誌名

      Proceedings of 16th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Shear on Flame and Eddy Structures in Hydrogen-Air Turbulent Plane Jet Premixed Flames2012

    • 著者名/発表者名
      M. Shimura, Y. Katada, Y.-S. Shim, N. Fukushima, M. Tanahashi and T. Miyauchi
    • 雑誌名

      Proceedings of 9th International Symposium on Engineering Turbulence Modeling and Measurements

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 旋回乱流予混合火炎の火炎および渦構造の動的特性と圧力変動の関係2012

    • 著者名/発表者名
      朽木孝太郎, 福島直哉, 志村祐康, 由川格, 店橋護, 宮内敏雄
    • 雑誌名

      第26回数値流体力学シンポジウム講演論文集

      巻: - ページ: -

  • [雑誌論文] 乱流の階層構造に基づくSGSモデル2012

    • 著者名/発表者名
      福島直哉, 松本栄治, 志村祐康, 店橋護, 宮内敏雄
    • 雑誌名

      京都大学 数理解析研究所 研究集会 「多重物理・多重スケール乱流現象の数理」

      巻: - ページ: -

  • [雑誌論文] 旋回乱流予混合火炎の局所火炎構造に対するスワール数の影響2012

    • 著者名/発表者名
      朽木孝太郎, 志村祐康, 由川格, 福島直哉, 店橋護, 宮内敏雄
    • 雑誌名

      第50回燃焼シンポジウム講演論文集

      巻: - ページ: 230-231

  • [雑誌論文] Quad-Plane Stereoscopic PIV による乱流コヒーレント微細構造の可視化2012

    • 著者名/発表者名
      富田健一,志村祐康,中吉嗣,福島直哉,店橋護,宮内敏雄
    • 雑誌名

      可視化情報学会誌

      巻: 32 ページ: 79-80

  • [雑誌論文] 複数化学種PLIF及びステレオPIVによる乱流予混合火炎の多面同時計測2012

    • 著者名/発表者名
      志村祐康, 店橋護, 宮内敏雄
    • 雑誌名

      日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集

      巻: - ページ: 613-616

  • [雑誌論文] 四平面PLIFによる乱流予混合火炎の三次元火炎構造の解明2012

    • 著者名/発表者名
      志村祐康, 村山大樹, 店橋護, 宮内敏雄
    • 雑誌名

      第49回伝熱シンポジウム講演論文集

      巻: 1 ページ: 93-94

  • [雑誌論文] Thin reaction zonesにおける乱流予混合火炎の局所火炎構造2012

    • 著者名/発表者名
      沈永三,福島直哉,志村祐康,店橋護,宮内敏雄
    • 雑誌名

      日本機械学会 2012年度年次大会講演論文集

      巻: - ページ: -

  • [学会発表] 乱流の階層構造に基づくSGSモデル2013

    • 著者名/発表者名
      福島直哉, 松本栄治, 志村祐康, 店橋護, 宮内敏雄
    • 学会等名
      京都大学 数理解析研究所 研究集会 「多重物理・多重スケール乱流現象の数理」
    • 発表場所
      京都府京都市
    • 年月日
      20130109-20130111
  • [学会発表] 旋回乱流予混合火炎の火炎および渦構造の動的特性と圧力変動の関係2012

    • 著者名/発表者名
      朽木孝太郎, 福島直哉, 志村祐康, 由川格, 店橋護, 宮内敏雄
    • 学会等名
      第26回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      東京都渋谷区
    • 年月日
      20121218-20121220
  • [学会発表] Measurement of Fine Scale Eddy in Turbulent Jet by Quad-Plane Stereoscopic PIV2012

    • 著者名/発表者名
      K. Tomita, M. Shimura, Y. Naka, N. Fukushima, M. Tanahashi and T. Miyauchi
    • 学会等名
      The First International Education Forum on Environment and Energy Science
    • 発表場所
      Hawaii, United States of America
    • 年月日
      20121214-20121218
  • [学会発表] 旋回乱流予混合火炎の局所火炎構造に対するスワール数の影響2012

    • 著者名/発表者名
      朽木孝太郎, 志村祐康, 由川格, 福島直哉, 店橋護, 宮内敏雄
    • 学会等名
      第50回燃焼シンポジウム
    • 発表場所
      愛知県名古屋市
    • 年月日
      20121205-20121207
  • [学会発表] 複数化学種PLIF及びステレオPIVによる乱流予混合火炎の多面同時計測2012

    • 著者名/発表者名
      志村祐康, 店橋護, 宮内敏雄
    • 学会等名
      日本機械学会流体工学部門講演会
    • 発表場所
      京都府京都市
    • 年月日
      20121117-20121118
  • [学会発表] Large- and Fine-Scale Vortical Structures in Turbulent Premixed V-Flame2012

    • 著者名/発表者名
      T. Kadowaki, N. Fukushima, M. Shimura, M. Tanahashi and T. Miyauchi
    • 学会等名
      3rd International Forum on Heat Transfer
    • 発表場所
      Nagasaki, Japan
    • 年月日
      20121113-20121115
  • [学会発表] GS-SGS Energy Transfer and Validation of SGS Stress Models in Homogeneous Isotropic Turbulence2012

    • 著者名/発表者名
      N. Fukushima, E. Matsumoto, M. Shimura, M. Tanahashi and T. Miyauchi
    • 学会等名
      9th China-Japan Workshop on Turbulent Flows (CJWTF9)
    • 発表場所
      Xi’an, China
    • 年月日
      20121015-20121018
    • 招待講演
  • [学会発表] Quad-Plane Stereoscopic PIV による乱流コヒーレント微細構造の可視化2012

    • 著者名/発表者名
      富田健一,志村祐康,中吉嗣,福島直哉,店橋護,宮内敏雄
    • 学会等名
      可視化情報全国講演会(姫路2012)
    • 発表場所
      兵庫県姫路市
    • 年月日
      20121004-20121005
  • [学会発表] Thin reaction zonesにおける乱流予混合火炎の局所火炎構造2012

    • 著者名/発表者名
      沈永三,福島直哉,志村祐康,店橋護,宮内敏雄
    • 学会等名
      日本機械学会 2012年度年次大会
    • 発表場所
      石川県金沢市
    • 年月日
      20120909-20120912
  • [学会発表] Quad-Plane Stereoscopic PIV in Turbulent Jet2012

    • 著者名/発表者名
      M. Tanahashi, K. Tomita, M. Shimura, N. Fukushima and T. Miyauchi
    • 学会等名
      16th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics
    • 発表場所
      Lisbon, Portugal
    • 年月日
      20120709-20120712
  • [学会発表] Effects of Mean Shear on Turbulent Premixed Flame2012

    • 著者名/発表者名
      N. Fukushima, M. Shimura, I. Yoshikawa, M. Tanahashi and T. Miyauchi
    • 学会等名
      The 10th World Congress on Computational Mechanics (WCCM 2012)
    • 発表場所
      Sao Paulo, Brazil
    • 年月日
      20120708-20120713
  • [学会発表] Effects of Shear on Flame and Eddy Structures in Hydrogen-Air Turbulent Plane Jet Premixed Flames2012

    • 著者名/発表者名
      M. Shimura, Y. Katada, Y.-S. Shim, N. Fukushima, M. Tanahashi and T. Miyauchi
    • 学会等名
      9th International Symposium on Engineering Turbulence Modeling and Measurements
    • 発表場所
      Thessaloniki, Greece
    • 年月日
      20120606-20120608
  • [学会発表] 四平面PLIFによる乱流予混合火炎の三次元火炎構造の解明2012

    • 著者名/発表者名
      志村祐康, 村山大樹, 店橋護, 宮内敏雄
    • 学会等名
      第49回伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      富山県富山市
    • 年月日
      20120530-20120601
  • [備考] 科学研究費補助金 基盤研究(S) 成果発表

    • URL

      http://www.navier.mes.titech.ac.jp/kiban-s-2011/

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公開日: 2015-05-28  

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