詳細数値解析と高精度複合光学計測による噴霧燃焼機構の解明とモデリング

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本研究の目的は噴霧燃焼場において燃料液滴が合体・分裂する際の燃焼挙動を明らかにし,モデル化を行うことである.実用燃焼器内の燃焼場では燃料液滴の合体・分裂が頻繁に発生しているにもかかわらず,その影響を精度よく表現できる計算モデルは存在していない.燃料液滴の合体・分裂の影響を考慮した計算モデルを構築することにより,燃焼器内における燃料液滴の位置と粒径の予測精度が向上し,燃料液滴の蒸発挙動の予測精度向上や,より均一な燃料濃度分布および温度分布の実現による排出ガスのクリーン化など,燃焼器開発における多くの技術的課題に対するブレークスルーをもたらすものと考えられる.噴霧燃焼場における燃料液滴の合体・分裂挙動の数値解析法としてSPH粒子法を採用した.SPH法では,連続体を計算格子により分割するのではなく,自由に動く粒子の集まりとして表現する.そのため,計算格子のゆがみによる問題が生じることがなく,燃料液滴の合体・分裂時に生じる気液界面の大変形を容易に取り扱うことが可能である.採用初年度は,SPH法により,連続の式とナビエ・ストークス方程式を解くシミュレーションコードを作成した.昨年度は,さらにエネルギー方程式,化学種の質量分率保存式,アレニウス方程式等を連成させて解くサブルーチンを追加し,水素-酸素予混合気の燃焼計算を行った.初期状態における当量比を0.5と1.0の2通りに設定して計算した結果,気体の膨張と収縮,および化学反応による温度変化に関して,物理的に妥当な計算結果が得られた.以上より,2次元場における水素・空気予混合気の燃焼をSPH法により表現できることが明らかとなった.