高圧噴霧燃焼の数値シミュレーション

高压喷雾燃烧的数值模拟

• 批准号: 07750216
• 负责人: 賈 為
• 金额: $ 0.7万
• 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: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750216/
• 关键词: 高圧噴霧燃焼; 数値シミュレーション; 燃料液滴; 流体力学的カップリング; 蒸発モデル

高圧噴霧燃焼の基礎となる、遷移を含む、運動する燃料液滴の蒸発・燃焼過程を解明することを目的として、一連の数値的な研究を行った。1.高圧雰囲気中を運動する燃料液滴の蒸発・燃焼過程を扱う新しい計算法を開発した。物理モデルの概要は以下の通りである。蒸発の場合は燃料と他の成分を区別した疑似2成分系、燃焼を含む場合は燃料、酸素と他の成分を区別した疑似3成分系を考える。状態方程式は修正されたR-Kの式を用い、化学反応は発熱のある1段総括反応を仮定し、火炎面近似あるいは有限反応モデルを適用している。低マッハ数定圧燃焼を考え、系の熱力学的な圧力を一定とし、液滴の運動に寄与する圧力変動の部分だけを運動方程式に残している。質量、運動量、内部エネルギー、化学種保存の式と、状態方程式、さらに燃焼問題では化学反応の式をカップリングして解いている。亜臨界領域において、気液界面が存在し、そこで相平衡の条件に基づき、物理量の不連続性を計算する。さらに、表面張力を考慮している。この計算法は、気液界面、表面張力の影響、液滴の変形、火炎特性の時間的変化を精度よく計算できる。これに関する成果は6th International Symposium on Computational Fluid Dynamicsで発表した。2.亜臨界から超臨界の範囲にわたって、数値解析を行い、液滴の運動速度と蒸発・燃焼特性との関係を調べた。これにより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し、クラゲ状になる。(2)着火は液滴の後部から起こる。(3)着火後、火炎は液滴から急速に遠ざかるため、液滴の蒸発・燃焼過程が独立に進行していると考えても差し支えがない。(4)蒸発速度は液滴の初速度に比例する。(5)燃焼は蒸発完了も長時間続く。燃焼速度は液滴速度にほぼ無関係である。(6)亜臨界から超臨界への遷移は温度の高い部分から始まるので、液滴の前面、そしリング渦部分の順に起きる。(7)表面張力が液滴の変形を抑制する効果がある。表面張力係数が一定の場合、液滴の前面は中心部が尖った円錐形になる。一方、表面張力が温度と共に変化する高温高圧の場合、その影響はさほど大きくない。3.項目2の計算結果に基づき、対流の影響を考慮した新しい蒸発モデルを構築した。項目2と3の研究成果はModeling in Combustion Scienceと8th International Symposium on Transport Phenomena in Combustionで発表した。

High 圧 spray combustion 焼 の based と な る, migration を む, sports す る の fuel droplets evaporate 発, combustion process 焼 を interpret す る こ と を purpose と し て, for の な the numerical study を line っ た. 1. In a high-pressure 囲 atmosphere, the を moving する fuel droplet <s:1> evaporation and combustion 焼 process を 囲 う new <s:1> calculation method を develops た. Physics モデ モデ <s:1> <s:1> <s:1> overview the following である is general である である. Steamed 発 は fuel と の occasions he の を distinction し た suspected 2 component system, combustion 焼 を は fuel, acid containing む occasions と he の を distinction し た suspected three component system を exam え る. Equation of state は correction さ れ た の R - K type use を い, chemical 応 は 発 hot の あ る 1 paragraph 総 enclosed the 応 を 仮 し, fire inflammation surface approximation あ る い は limited anti 応 モ デ ル を applicable し て い る. Low マ ッ ハ number set 圧 combustion 焼 を え test, is の thermodynamics な pressure を certain と し, droplet の に send す る pressure - moving part の だ け を movement equation に residual し て い る. Quality, the physiological load of exercise, internal エ ネ ル ギ ー, chemical preservation の type と, equation of state, さ ら に combustion 焼 problem で は chemical anti 応 の type を カ ッ プ リ ン グ し て solution い て い る. 亜 critical areas に お い て, 気 liquid interface が し, そ こ で phase equilibrium conditions of の に base づ き, physical quantities の is not even 続 を computing す る. Youdaoplaceholder0, surface tension を consider て て る る. The を accuracy よく calculation of the <s:1> calculation method, gas-liquid interface, surface tension <s:1> influence, droplet <s:1> deformation, and the change of flame characteristics <s:1> time で る. <s:1> れに is related to the する results of the 6th International Symposium on Computational Fluid Dynamicsで, which shows that た た. 2. 亜 critical か ら supercritical の van 囲 に わ た っ て line, the numerical analytic を い, droplet と の movement speed steaming 発 combustion 焼 features と の masato is を adjustable べ た. The following れによ れによ とが is ら になった になった になった. (1) The moving する droplet が is large く く and deforms in a <s:1> or ラゲ ラゲ shape になる. (2) The ら at the rear of the <s:1> liquid droplet on fire starts ら る. (3) after the fire, fire inflammation は droplet か ら rapid に far ざ か る た め, droplet の steamed 発 combustion process 焼 が independent に し て い る と exam え て も with poor し え が な い. (4) Evaporation velocity に droplet <s:1> initial velocity に ratio する. (5) The steam has been carried out for a long time after 焼 焼. The burning 焼 velocity 焼 and the droplet velocity にほぼ are not related to である. (6) 亜 critical か ら supercritical へ の migration は high temperature の い part か ら beginning ま る の で, droplet の front, そ し リ ン グ vortex partly の suitable に き る. (7) Surface tension が droplet <s:1> deformation を inhibitory effect する. The surface tension coefficient is が in a certain <s:1> situation, the front of the droplet が the center part が the tip った the conical shape になる. One side, surface tension が temperature と co-に change する high-temperature and high-pressure <s:1> situations, そ <s:1> have a greater impact on <s:1> さほ さほ <e:1> and <s:1> くな くな. 3. Project 2 <s:1> calculation results に basis づ に, countercurrent <s:1> influence を, considering <s:1> た, new <s:1> evaporation, モデ, を construction, <s:1> た. Project 2と3 research results: Modeling in Combustion Scienceと8th International Symposium on Transport Phenomena in Combustionで development た.

项目成果

W.JIA & A.UMEMURA: "Computation on Gasification and Combustion of a Moving Droplet in Supercritical Ambiences" Proc. 8th International Symposium on Transport Phenomena in Combustion, Taylor & Francis. (under press). (1996)

贾伟

A.UMEMURA & W.JIA: "Gasification and Combustion of a Moving Droplet Undergoing Continuous Phase Change in Supercritical Ambience" Modeling in Combustion Science Lecture Notes in Physics,Springer-Verlag. 237-248 (1995)

梅村

W.JIA & A.UMEMURA: "General Solution Procedure of Droplet Motion Subject to Surface Tension and Gasification" Proc. 6th International Symposium on Computational Fluid Dynamics. 509-514 (1995)

贾伟