超臨界圧燃焼流れ場の高度デジタル予測に資する詳細反応機構-燃焼LES技術の開発

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研究開発を進めてきた熱，輸送物性，そして化学反応モデルに非理想性を考慮した超臨界圧燃焼流れシミュレーション技術の成果を国際会議および査読論文において発表した．本研究で取り上げたJoule-Thomson効果(エンタルピーの圧力依存性)を用いた非理想性効果の議論はほとんど行われておらず，超臨界圧燃焼流れシミュレーションにおける新しい知見を提供できたと考えている．化学反応項LESモデル開発については，火炎帯を人工的に厚くするモデル(localized thickened flame model: LTF)をベースとし，乱流火炎現象で重要と考えられる火炎伸張率効果を考慮した新しい火炎モデル(LTF-X)の研究開発を進めた．本モデルは，燃焼速度と火炎伸張率の関係をMarkstein長さで結びつける理論式に基づいたもので，参照解となる直接数値解析(DNS)の結果を粗い格子でも再現できるよう新しい余剰項を構築し支配方程式に加えるこれまでに無いモデルである．既存LTFモデルでは，火炎帯が人工的に厚くなり，火炎伸張が燃焼速度に与える効果が修正されるため正しい燃焼速度を再現できないが，LTF-Xモデルでは，火炎帯厚さと火炎伸張率の関係を数値的に評価・導出し，正しい燃焼速度(正しい火炎伸張率効果)を再現できるよう余剰項を構築している．水素空気予混合気の円筒伝播火炎および渦-平面火炎干渉問題を通して，例えばDNSに対して格子幅約10倍の粗い格子においても，LTF-XモデルがDNS解(火炎伝播速度や火炎形状)を再現できることを確認した．火炎帯を人工的に厚くする火炎モデルにおいて，燃焼速度に対する火炎伸張率効果を正しく再現できるモデル提案は世界に先駆けたものである．次年度の国際会議で成果発表を予定している．