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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

使用详细的数值分析和高精度复合光学测量来阐明和建模喷雾燃烧机制

基本信息

批准号：
10J00792
负责人：
福井淳一
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J00792/
关键词：
粒子法噴霧燃焼

项目摘要

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.

The purpose of this study is to clarify the combustion behavior of fuel droplets in spray combustion field. The combustion field in the combustor is used to calculate the influence of fuel droplet aggregation and fragmentation on the accuracy of performance. The prediction accuracy of the position and particle size of fuel droplets in the combustor is improved, the prediction accuracy of the evaporation movement of fuel droplets is improved, and the uniform fuel concentration distribution and temperature distribution are realized. A number of technical issues related to the development of combustors are discussed. SPH particle method is used to calculate the aggregation and fragmentation of fuel droplets in spray combustion field.SPH method is used to calculate the aggregation and fragmentation of free moving particles. The problem of calculating lattice is easy to solve. The problem of fuel droplet combination and separation is easy to solve. In the beginning,SPH method was used to solve the equation of the equation. In the past year, the equation of mass fraction of chemical species, the equation of mass fraction of chemical species, etc. were connected to the equation of mass fraction of chemical species, and the combustion calculation of water-acid mixture was carried out. In the initial state, the equivalence ratio is 0.5 to 1.0 and the calculation results are set. The expansion and contraction of the gas body, the temperature change of the chemical reaction, and the physical calculation results are obtained. The above two dimensional field is mixed with water element and air, and the combustion is performed by SPH method.