AI aided turbulent combustion modeling based on advanced laser diagnostics and direct numerical simulation data science

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本研究では，乱流燃焼のLarge Eddy Simulation(LES)のための物理数学モデルとして乱流燃焼モデルと火炎・壁面干渉熱伝達モデルを構築し，それらのモデルパラメータ同定において大規模直接数値計算(DNS)及び先端レーザ計測データを基盤とする深層学習等のAI技術を導入することで高精度AI支援モデルを構築する．令和４年度は，自動車用エンジンのような平均圧力が時々刻々変化する燃焼場における開発したAI支援乱流燃焼モデルの精度検証と改良に重点をおいて研究を行った．ここでは，研究代表者らは有する容容器内乱流燃焼のDNSデータを用いて，開発したAI支援乱流燃焼モデル(AI支援FDSGSモデル)の有効性を検証した．その結果，LESの枠組みの中で与えることのできる適切な入力物理量を選定することで，平均圧力が時々刻々変化する燃焼場にもAI支援FDSGSモデルを適用可能であることを明らかにした．また，現有の乱流燃焼のLESコードにAI支援FDSGSモデルを実装し，実際のLESをDNSと同条件で実施する動的テストを行うことで，モデルの有効性を明らかにした．具体的には乱流噴流予混合火炎を対象としたAI実装LESを実現し，DNSデータ，AI実装前のFDSGSモデル及び既存SGS燃焼モデルとの比較から，開発したAI支援乱流燃焼モデルが十分な精度で乱流燃焼場を予測可能であることを明らかにした．加えて，本研究では乱流火炎と壁面の干渉時を表現する熱伝達モデルとして乱流火炎・壁面干渉にけるAI熱流束予測モデルの構築に行った．前年度までに層流条件に対して開発したAI熱流束予測モデルを直接乱流条件に適用した場合でも概ね壁面熱流束を予測可能であることが明らかとなったが，LESの枠組みの中で入力物理量を選択し直すことで，さらに高精度に壁面熱流束を予測可能であることを明らかにした．