大規模動的適応ＤＮＳによる炭化水素乱流予混合火炎の燃焼特性と熱音響振動特性の解明

使用大规模动态自适应 DNS 阐明湍流碳氢化合物预混火焰的燃烧特性和热声振动特性

• 批准号: 16J10835
• 负责人: 青木 虹造
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J10835/
• 关键词: 変動エネルギー解析; 振動燃焼; 火炎構造; ひずみ速度; 直接数値計算; 乱流燃焼; 流体工学; 熱工学; 希薄予混合火炎

変動エネルギーの成長に基づく燃焼安定性条件構築のため，昨年度までに明らかとなった支配的な変動エネルギー生成項に含まれる各項の寄与について検討し，生成項の簡略化を実施した．この解析によって，厳密な変動エネルギー生成項の簡略化が実現され，旋回乱流燃焼場に対しても適用可能な安定性条件の構築がなされた．構築された安定性条件は，スワール数0.6と1.2及び当量比0.6と1.0の旋回乱流燃焼場において，厳密な変動エネルギーの成長を正確に予測可能であった．また，旋回乱流予混合火炎の火炎構造と発熱特性の解明にも取り組み，ひずみを受ける層流火炎と旋回乱流火炎構造の比較によって，火炎面の接線方向ひずみ速度に対する熱発生率の応答特性を明らかにした．さらに，旋回乱流予混合火炎の火炎面法線方向の物質拡散に着目し，水素原子の拡散が，層流火炎の結果からは予想されない熱発生率の上昇をもたらす可能性があることを明らかにした．一方，高圧・希薄条件におけるメタン・空気乱流予混合火炎の三次元直接数値計算（DNS）も継続して行われ，反応進行変数に基づく条件付き平均値並びに，接線方向ひずみ速度によって条件づけられた熱発生率の条件付き平均値を算出した．この解析によって，thin及びbroken reaction zonesにおけるメタン・空気乱流予混合火炎の火炎構造と発熱特性を明らかにした．また，タンブル流を伴う高圧・希薄条件下のTRF・空気乱流予混合火炎の三次元DNSも進められ，DNSから得られた温度，熱発生率，化学種の分布と条件付き平均値からTRF・空気乱流火炎の火炎構造解明も進められた．以上のように，本研究課題については，本年度も期待通りの進展があった．

为了基于可变能量的增长来建立燃烧稳定性条件，我们研究了迄今为止揭示的主要变量能量生成项中包含的每个项的贡献，并简化了生成项。该分析简化了确切的可变能量产生项，并创建可应用于旋转湍流燃烧场的稳定条件。构造的稳定性条件能够准确预测漩涡状湍流燃烧场中严格波动能量的增长，旋流数为0.6和1.2，等效比为0.6和1.0。我们还致力于阐明旋转湍流预热火焰的火焰结构和热产生特性，并通过比较延伸的层状火焰和旋转的湍流火焰结构，我们阐明了热产生速率与火焰表面的切向应变速率的响应特性。此外，侧重于漩涡状湍流预混合火焰的火焰表面正常表面的材料扩散，据表明，氢原子的扩散可能会导致层状火焰结果预期的热产生速率的增加。同时，在高压和稀释条件下，甲烷 - 空气湍流预热火焰的三维直接数值计算（DNS）也连续进行，并计算由反应进程变量和切向应变速率调节的热发电速率的条件平均值。该分析揭示了甲烷 - 空气湍流预混合火焰在薄和破裂的反应区域中的火焰结构和热产生特性。此外，在高压和稀释条件下，TRF和空气湍流的预混合火焰的三维DN还进行了滚动流动，并且从温度，热产生速率，化学物种分布和从DNS获得的条件平均值中也阐明了TRF和空气湍流火焰的火焰结构。如上所述，今年的研究主题也取得了预期的进展。

项目成果

旋回乱流予混合火炎の変動エネルギー解析に基づく熱音響不安定性の検討

基于旋流湍流预混火焰脉动能量分析的热声不稳定性研究

• 发表时间: 2017
• 期刊: 第54回日本伝熱シンポジウム講演論文集
• 作者: 青木虹造，志村祐康，源勇気，店橋護

Contribution of Disturbance Energy Sources to Thermoacoustic Instability

干扰能源对热声不稳定性的贡献

• 发表时间: 2016
• 作者: Kozo Aoki;Masayasu Shimura;Yuki Minamoto;Mamoru Tanahashi
• 通讯作者: Mamoru Tanahashi

旋回乱流予混合火炎の火炎構造と局所熱発生率変動

旋流湍流预混火焰火焰结构及局部放热率波动

• 发表时间: 2017
• 期刊: 第55回燃焼シンポジウム講演論文集
• 作者: Kozo Aoki;Masayasu Shimura;Yuki Minamoto;Mamoru Tanahashi;青木虹造，志村祐康，源勇気，店橋護
• 通讯作者: 青木虹造，志村祐康，源勇気，店橋護

Disturbance Energy Analysis of Turbulent Swirling Premixed Flame in a Cuboid Combustor

长方体燃烧室湍流旋流预混火焰扰动能分析

• 发表时间: 2017
• 期刊: Proceedings of 26th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
• 作者: Kozo Aoki;Masayasu Shimura;Yuki Minamoto;Mamoru Tanahashi
• 通讯作者: Mamoru Tanahashi

Combustion Instability Analysis Based on Exact Disturbance Energy Budget in Turbulent Swirling Premixed Flames

基于精确扰动能量收支的湍流预混火焰燃烧不稳定性分析

• 发表时间: 2016
• 作者: Kozo Aoki;Masayasu Shimura;Yuki Minamoto;Yoshitsugu Naka;Mamoru Tanahashi
• 通讯作者: Mamoru Tanahashi