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2015 年度 実施状況報告書

大規模詳細反応機構に基づく高効率反応性熱流体シミュレーション技術の確立

研究課題

研究課題/領域番号 26390128
研究機関北海道大学

研究代表者

寺島 洋史 (石原洋史)  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20415235)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード燃焼 / 数値解析 / 化学反応
研究実績の概要

多成分系輸送係数の計算を効率良く行うために,昨年度導入した化学種バンドル法の妥当性検証を実施した.ノルマルブタンとノルマルヘプタンの各種詳細反応機構を用いて,層流燃焼速度の実験値との比較を行った.その結果により,バンドル法によりグループ化した場合においても,計算高速性を保ちつつ,実験値と良い一致を示すことがわかった.化学反応方程式に対する高速陽的積分法と組み合わせた本法が,従来の方法に対して,高速性を有しつつ,精度も適切に維持することを確認した.

本法は,昨年度に引き続き,1次元ノッキング解析に適用され,末端ガス自着火圧力波強度に対する当量比の影響が新たに調べられた.希薄な場合には,熱発生速度の低下から圧力波強度は弱くなることが明らかにされ,ノルマルヘプタンの場合には,過濃側の当量比1.4付近で,ノッキング強度が極大となることが示されている.その理由については,解析を継続している.また,本法は,ロケット噴射器を想定した2次元高圧メタン酸素燃焼解析に適用され,多次元解析でも効率良く計算できることが示された.この高圧メタン酸素燃焼解析では,入口速度分布の影響を調べ,燃焼不安定性の一因となるメカニズムを示した.

詳細反応アレニウス式による反応速度項と一貫性のとれるサブグリッド燃焼モデル開発を進めるため,既存のArtificial Thickened Flame (ATF)モデルの実装と検証を実施した.層流燃焼速度計算により,ATFモデルの妥当性を検証した.また,爆轟波解析に適用し,ATFモデルを用いない場合に比べ,大幅に少ない計算格子点で,大まかな爆轟伝播を捉えることに成功した.ATFモデルの考え方を拡張し,新しいサブグリッド燃焼モデル開発を継続している.

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

大規模詳細反応機構を用いた反応性流体解析を効率良く実施するため,高速陽的積分法と化学種バンドル法を組み合わせた数値解析手法を提案することができた.本法が,従来法に対して,劇的な高速性を有するだけでなく,精度の点でも問題ないことが,これまでの研究によって明らかにされた.また,本法は,約400化学種ノルマルヘプタンを用いた1次元ノッキング解析,約30化学種メタンを用いた2次元高圧ロケット噴射器周りの燃焼解析に適用され,現象解明に役立てられている.本法の適用性を拡張するため,詳細反応アレニウス式を用いた反応速度項に対するサブグリッド燃焼モデル開発を行っている.まず,既存のモデルであるATFモデルを実装し,妥当性検証と爆轟波解析への適用を行った.

今後の研究の推進方策

詳細反応アレニウス式を用いた反応速度項に対するサブグリッド燃焼モデル開発を重点的に推進し,高速積分法と化学種バンドル法と合わせ,大規模詳細反応機構を用いた流体解析フレームワークを確立する.

次年度使用額が生じた理由

異動によるPC譲渡が遅延し,必要なコンパイル購入を見送ったため

次年度使用額の使用計画

年度初めに購入予定である

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] 詳細化学反応機構を用いた反応性流体解析における高効率解析手法2016

    • 著者名/発表者名
      森井雄飛,寺島洋史
    • 雑誌名

      ガスタービン学会誌

      巻: 44 ページ: 96, 101

  • [雑誌論文] ノッキング現象における末端ガス非一様自着火と圧力波発生機構2015

    • 著者名/発表者名
      寺島洋史
    • 雑誌名

      日本燃焼学会誌

      巻: 57 ページ: 206, 213

  • [学会発表] Generations of unstable combustion in a non-premixed GCH4/GOX rocket injector2016

    • 著者名/発表者名
      H. Terashima, Y. Daimon
    • 学会等名
      AIAA Propulsion and Energy 2016
    • 発表場所
      Salt Lake, UT, USA
    • 年月日
      2016-07-25 – 2016-07-27
  • [学会発表] 詳細化学反応とCFD:高速計算手法の提案と燃焼流への適用例2016

    • 著者名/発表者名
      寺島洋史
    • 学会等名
      日本機械学会研究分科会RC-D15
    • 発表場所
      東京理科大学神楽坂キャンパス(東京都新宿区)
    • 年月日
      2016-02-17 – 2016-02-17
    • 招待講演
  • [学会発表] Interface-Tracking Simulations of Droplet Vaporization and Burning of Hypergolic Propellants2016

    • 著者名/発表者名
      H. Tani, Y. Umemura, Y. Daimon, H. Terashima, M. Koshi
    • 学会等名
      AIAA SciTech
    • 発表場所
      San Diego, CA, USA
    • 年月日
      2016-01-04 – 2016-01-08
    • 国際学会
  • [学会発表] メタン酸素同軸型噴射器における拡散火炎燃焼場の不安定化メカニズム2015

    • 著者名/発表者名
      寺島洋史,大門優
    • 学会等名
      第29回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      九州大学筑紫キャンパス(福岡県春日市)
    • 年月日
      2015-12-15 – 2015-12-17
  • [学会発表] Influence of equivalence ratio on the mechanism of pressure wave generation during knocking combustion2015

    • 著者名/発表者名
      H. Terashima
    • 学会等名
      APS 68th annual DFD meeting
    • 発表場所
      Boston, MA, USA
    • 年月日
      2015-11-22 – 2015-11-24
    • 国際学会
  • [学会発表] ノック現象における末端ガス自着火・圧力波強度の当量比依存性2015

    • 著者名/発表者名
      寺島洋史
    • 学会等名
      第53回燃焼シンポジウム
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2015-11-16 – 2015-11-18
  • [学会発表] 爆燃・爆轟伝播現象に対するATF/詳細反応機構を用いたモデリング2015

    • 著者名/発表者名
      森井雄飛,寺島洋史,清水太郎,青野淳也
    • 学会等名
      第53回燃焼シンポジウム
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2015-11-16 – 2015-11-18
  • [学会発表] Effects of negative temperature behavior on pressure wave generations during knocking combustion2015

    • 著者名/発表者名
      H. Terashima
    • 学会等名
      Frontiers in Computational Physics: Energy Sciences
    • 発表場所
      Zurich, Switzerland
    • 年月日
      2015-06-03 – 2015-06-05
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigations on pressure wave generation and chemical kinetics during end-gas autoignition on knocking combustion2015

    • 著者名/発表者名
      H. Terashima
    • 学会等名
      15th International Conference on Numerical Combustion
    • 発表場所
      Avignon, France
    • 年月日
      2015-04-19 – 2015-04-22
    • 国際学会
  • [学会発表] Simple and fast time integration method for stiff chemical kinetic ODEs2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Morii, H. Terashima, M. Koshi, T. Shimizu, E. Shima
    • 学会等名
      15th International Conference on Numerical Combustion
    • 発表場所
      Avignon, France
    • 年月日
      2015-04-19 – 2015-04-22
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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