流体力学的な効果を考慮した高圧噴霧燃焼モデルの構築

考虑流体动力效应的高压喷雾燃烧模型构建

• 批准号: 09750211
• 负责人: 賈 為
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750211/
• 关键词: 高圧噴霧燃焼; 流体力学的カップリング; 蒸発モデル; 燃焼液滴; 数値シミュレーション; 燃料液滴

高温・高圧雰囲気中を運動する燃料液滴の蒸発・燃焼過程に対する新しい計算法を開発した。(1)気液界面をシャープに捉える移動座標法を新たに考案し、計算過程における質量の保存特性を著しく改善した。その成果はInt.Symp.on Comput.Tech.for Fluid/Thermal/Chemical Systems with Industrial Applicationsで発表した。(2)移流項の時間積分法にsemi-Langrangian法を導入し、CFL条件による時間刻み幅の制約を取り除いた。(3)定容積燃焼の場合、実在気体の状態方程式を用いるときのベース圧力の決定方法を考案した。開発された計算法は気液界面、表面張力、亜臨界から超臨界への遷移を精度よく計算できる。亜臨界から超臨界の範囲にわたって、数値解析を行い、対流速度が液滴の蒸発・燃焼特性に与える影響、遷移パターン、表面張力の影響、2次元と軸対称3次元液滴の違い、液滴の衝突による蒸発過程の影響などを調べ、以下のことが明らかになった。(1)運動する液滴が大きく変形する。(2)着火は液滴の後部から起きる。(3)着火後、火炎は液滴から急速に離れ、液滴の蒸発・燃焼過程が独立に進行している。(4)蒸発速度は液滴の初速度に比例する。(5)燃焼は蒸発完了後も長く続く。燃焼速度は液滴の初速度に無関係である。(5)亜臨界から超臨界への遷移は温度の高い部分、すなわち、液滴の前面、リング渦部分の順に起きる。(7)初期液滴間距離が液滴直径の5倍以上の場合、液滴が衝突せずに、蒸発が完了する。(8)超臨界領域において、雰囲気圧の上昇に伴い、蒸発時間が短くなる。以上、得られた新しい知見に基づき、流体力学的な効果を考慮した高圧噴霧燃焼モデルを作成した。軸対称間欠噴霧について、(1)新しいモデルを組み込んだシミュレーションと、(2)直接シミュレーションを行い、定性的によい一致を得ている。

Development of a new computational method for evaporation and combustion of fuel droplets in high temperature and high pressure environments (1)A new method of calculating the quality of the liquid interface is proposed. Symp.on Compute. Tech. for Fluid/Thermal/Chemical Systems with Industrial Applications. (2)The time integral method of the shift term is introduced into the semi-Langrangian method, and the CFL condition is removed from the time domain. (3)In the case of constant volume combustion, the equation of state of the solid is used to determine the pressure. The developed calculation method can calculate the gas-liquid interface, surface tension, and migration from critical to supercritical with high accuracy. Critical and supercritical parameters, numerical analysis, influence of relative velocity, evaporation and combustion characteristics of droplets, migration, influence of surface tension, influence of 2D and axial symmetry, collision of droplets, influence of evaporation process, adjustment of the following parameters. (1)The movement of the liquid drops is large and shaped. (2)Fire drops fall from the rear. (3)After the fire, the flame and the droplet rapidly separate, and the evaporation and combustion process of the droplet are carried out independently. (4)The evaporation velocity is proportional to the initial velocity of the droplet. (5)After the fire is over, the fire will last forever. The combustion velocity has nothing to do with the initial velocity of the droplet. (5)The transition of supercritical fluid from critical to supercritical fluid is at the high temperature, at the front of droplet, at the beginning of vortex. (7)When the initial droplet distance is more than 5 times the droplet diameter, droplet collision occurs, and evaporation is completed. (8)Supercritical area, high pressure, short evaporation time The above is a new knowledge base, fluid dynamics and the effect of high pressure spray combustion. the axial balance of the spray,(1) the new type of spray,(2) the direct type of spray,(3) the qualitative type of spray

项目成果

Wei JIA: "Tracking Material Interface by The Transport Coordinate Method" Int.Symp.on Comput.Tech.for Fluid/Thermal/Chermical Systems with Industrial Applications. ASME PVP Vd 377-2. 271-278 (1998)

Wei JIA：“通过传输坐标法跟踪材料界面”Int.Symp.on Comput.Tech.for Fluid/Thermal/Chemical Systems with Industrial Applications。

Wei JIA: "Tracking Material Interface by The Transport Coordinate Method" Int. Symp. on Comput. Tech. for Fluid/Thermal/Chermical Systems with Industrial Applications. (in press). (1998)

贾伟：“通过运输坐标法跟踪物料接口” Int.

Wei JIA: "Numerical Investigation on Vaporization Characteristics of Head-On Colliding Fuel Droplets in Supercritical Ambient Gas" Proc. 7th International Symposium on Computational Fluid Dynamics. 508-513 (1997)

贾伟：“超临界环境气体中正面碰撞燃料液滴汽化特性的数值研究”，论文集：