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

点击翻译按钮获取中文摘要

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。