2019 Fiscal Year Research-status Report
乱流燃焼場におけるレイノルズ応力の計測とそのデータベース化
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16K06136
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan College of Industrial Technology |
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Principal Investigator |
古川 純一 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 名誉教授 (70173523)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 博史 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 准教授 (40401450)
橋本 英樹 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (80383488)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 燃焼 / 乱流予混合燃焼 / 乱流 / レイノルズ応力 / 計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
先に行った乱流予混合火炎のLES (Large Eddy Simulation)では，これまでの研究の実験条件と同一の条件で数値シミュレーションを行ったのにもかかわらず，ガス流速のバーナ半径方向成分にみられるbi-modalな速度分布を予測するには至らなかった．これは，このLESで使用した乱流燃焼モデルが適切でなかったことに他ならない．LESによる予測精度を向上させるためには，現象を適切に記述した乱流燃焼モデルを構築することが必要であり，そのためには，実験的研究と数値シミュレーションの高いレベルでの融合が不可欠と考えられる．
そこで本研究では，現象を適切に記述した乱流燃焼モデルを構築し，乱流燃焼のLESの予測精度の向上に資するために，信頼性の高い実験データを蓄積することを目的として，乱流火炎帯における流れのようすを詳しく調べた．その結果，現段階では，次のような結論を得た．
ガス流速のバーナ半径方向成分は，未燃焼混合気の流速と燃焼ガスの流速からなるbi-modalな分布となるために，ガス流速を未燃焼混合気と燃焼ガス流速に分離したconditionedな計測は必須である．これを怠ると，特にガス流速のバーナ半径方向成分は，平均流速，速度変動のRMS値ともに非現実的な値となり，重大な誤差を招くことになる．
乱流燃焼場におけるレイノルズ応力のせん断成分の計測には，少なくとも100,000個程度のサンプル数が必要である．燃焼ガス流のレイノルズ応力のせん断成分は，非燃焼時のレイノルズ応力のせん断成分に比べて極めて小さくなる．これは，乱流火炎帯における発熱により，ガス流速のバーナ軸方向の速度分布が平坦になり，バーナ半径方向の速度勾配が減少するためである．さらに，燃焼ガス流は非等方性の強い乱れとなり，速度変動のバーナ半径方向成分とバーナ軸方向成分の相関が低下するためである．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
計測器のソフトウェアにバグがあり，2018年度までに行った計測が全て誤りであった．ソフトウェアのバグを修正し，再度計測を実施している．バグ修正後の実験は順調に進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
計測器（レーザ流速計）のソフトウェアのバグ修正後は，順調に実験を実施していたが，新型コロナウイルス感染拡大のため，実験ができずに居る．さらに，この夏，ケンブリッジ大学で共同研究者のSwaminathan教授とSGS(Sub Grid Scale)モデルの作成を行う予定であったが，海外出張のめどが立たず，進展していない．
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| Causes of Carryover |
計測器のソフトウェアにバグがあり，2018年度までに行った実験が全て誤りであった．2019年度，ソフトウェアのバグを修正し，新たに実験を行っている．そのため，研究計画が大幅に遅れ，研究期間の延長を申請した．本研究はケンブリッジ大学のSwaminathan教授との共同研究であるが，新型コロナウイルスの感染拡大により，最終年度の研究打ち合わせができずにいる．
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