化学反応を伴う乱流解析のための迅速混合モデルの研究

化学反应湍流分析快速混合模型研究

• 批准号: 05750152
• 负责人: 小河原 加久治
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Hokkaido 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: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750152/
• 关键词: 数値流体力学; 反応乱流; 迅速混合モデル; せん断流; 確率モデル

乱流中での化学反応を高精度で予測することは、工学的にも地球環境保護の観点からも非常に重要である。しかし、様々な反応速度を持つ素反応過程からなる燃焼機内の解析のためには、乱流、混合および反応に何らかのモデル化が必要となる。本研究は、ラグランジュ粒子追跡法を基に筆者らが提案している迅速混合モデルを様々な流れ場に適用し、その定量的精度を調べることを目的とした。まず、二次元せん断層における物質拡散および化学反応を、Masutaniらの実験結果と比較し平均濃度分布、確率密度分布を比較検討した。その結果、本モデルは簡潔で計算が高速であるにもかかわらず、拡散を定性的・定量的に妥当な精度を持っていることが分かった。しかし、比較に際しモデル定数を実験値から同定してるため、せん断層以外の流れ場で定量的精度が維持できるか否か不明であった。そこで、壁乱流にも本モデルを適用した。従来のラグランジュ拡散モデルにおいても、拘束壁の取り扱いについては、十分な研究がなされているとは言えない。通常、乱流スケールを表す時定数を各粒子に持たせ、壁近傍乱流境界層の内部と外部でモデリングの任意定数を調節して、実験値あるいは直接計算結果と比較・検討している。つまり、拡散係数をそれらの任意定数で調節していることになる。よって、壁乱流での混合・拡散問題に迅速混合モデルを導入する事は、新たに拡散の自由度を付加することに相当する。そこで本研究では比較的小スケールの渦拡散を迅速混合モデルで表現し、従来のラグランジュ確率モデルと組み合わせることにより、これまで不可能であった確率密度分布を求めることに成功した。しかし、ここで用いた定数が管内乱流以外に適用可能か否かはなお不明であり、任意定数の同定法には一層の研究が必要である。

High-precision prediction of chemical reactions in turbulent flows is very important for the protection of the earth's environment in engineering. It is necessary to analyze the turbulence, mixing and reaction in the combustion engine. This study is based on the particle tracing method, which is proposed by the author. The rapid mixing method is suitable for the flow field and the quantitative accuracy is adjusted. The results of chemical reactions, mass dispersion, and Masutani measurements were compared with the average concentration distribution and accuracy density distribution. The results are simple, accurate, and accurate. The accuracy of flow field quantification outside faults is maintained. The wall turbulence is not applicable. In the future, the research on the separation and diffusion of materials will be carried out in the middle of the study. Usually, the turbulence is expressed in terms of time and number of particles, and the inner and outer parts of the turbulent boundary layer near the wall are adjusted in terms of arbitrary number of particles, and the results of direct calculation are compared. The dispersion coefficient is adjusted by any fixed number. The mixing and dispersion problems of turbulent flow and wall turbulence are introduced rapidly, and the degree of freedom of new dispersion is increased accordingly. This study was successful in finding the probability density distribution of the vortex dispersion, rapid mixing, performance, and probability of convergence. A study of arbitrary fixed numbers is necessary.