Supercritical combustion modeling for large-eddy simulations

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01522
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Terashima Hiroshi (石原洋史) 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20415235)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河合 宗司 東北大学, 工学研究科, 教授 (40608816)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 超臨界流体 / 燃焼 / 非理想性 / 火炎モデル / ラージエディシミュレーション

Outline of Final Research Achievements

A novel numerical modeling for combustion flows under supercritical pressure conditions has been introduced, which uniquely incorporates real-fluid effects regarding chemical kinetics. The proposed modeling was sufficiently validated through comparison with experimental data. Additionally, the study has successfully developed a novel flame model, named LTF-S, for efficient combustion simulations under high pressures. The LTF-S model accurately predicts flame speeds under stretching effects, even with very coarse grid resolutions compared to direct numerical simulations.

Free Research Field

航空宇宙工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

既存の研究で無視されてきた化学反応に対する非理想性を考慮した超臨界圧燃焼流体シミュレーション技術を確立した．既存の研究とは異なり，化学反応の平衡定数を通して非理想性が考慮されるようモデル化を行ったものである．熱物性，輸送物性，そして化学反応と一貫して非理想性が考慮できる世界でも稀有な解析技術である．また，新しい火炎モデルの開発では，物理現象を満たすように空間フィルター余剰項を構築するという独自の方法論を用いてその開発に成功した．モデルを利用しない直接数値解析に対して数百倍から数千倍という大幅な計算負荷の低減が可能であり，燃焼技術開発におけるシミュレーション適用に大きなインパクトを与える．