層流・乱流噴霧火炎のマークシュタイン長さに関する数値解析的研究

层流和湍流喷射火焰Markstein长度的数值研究

基本信息

批准号：
21J15810
负责人：
KIM Ki Beom
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J15810/
关键词：
Numerical simulation Spray flame Laminar flame speed Markstein length

项目摘要

●採用終了までの研究実施状況昨年度の研究の継続として、アセトンの状態（完全に気化したアセトン/アセトン液滴）が火炎に及ぼす影響について2次元直接数値シミュレーションを行い、考察した。これまでのコードは流入する燃料液滴量に問題があったが、これを修正することで理論値と整合する当量比を実現した。こうして得られた計算結果における火炎の燃焼速度と火炎伸長率の関係から、アセトン液滴の蒸発による局所的、経時的な燃料混合気の組成の変化および局所当量比と蒸発率が、火炎の特性に影響を及ぼす大きな要素であることを明らかにした。また、Markstein 長さの数値計算結果から各条件（異なる当量比と液滴直径）で質量拡散と熱拡散のいずれが優位であるかを明らかにした。さらに、壁面条件（等温壁/断熱壁）による壁面からの熱損失が火炎に及ぼす影響を、燃焼速度と火炎伸長率の関係、火炎（最高）温度および液滴の蒸発率に着目して議論した。しかしながら、火炎が定常状態に達した後も液滴の蒸発によって混合気の局所組成や蒸発率に激しい変動が続き、詳細な議論には至っていない。また、高温・高圧条件下でのアンモニア-水素混焼に関する数値計算を行った。しかし、この高温・高圧条件での計算は、予想以上の計算負荷に計画が遅延し、十分なデータを得ることができなかった。●研究意義液滴径分布の現実的な液滴噴射を再現した。燃料液滴の蒸発が火炎に及ぼす影響を様々な観点から定量的に比較、解析することが可能となり、液滴が火炎に及ぼす影響を明らかにした。また、この解析方法および計算モデルを様々な燃焼条件での噴霧燃焼シミュレーションに応用することができた。●研究の重要性本研究で構築した燃焼モデルは、燃焼反応に関わる各パラメータ(燃料、圧力、温度、噴霧速度等)についての応用研究に適用可能であり、燃焼器のさらなる高効率化及び有害物質の低減に寄与するものである。

●截至招募结束时的研究实施状况作为去年研究的延续，我们进行了二维直接数值模拟，讨论了丙酮状态（完全气化的丙酮/丙酮液滴）对火焰的影响。之前的代码在流入的燃料滴量方面存在问题，但通过纠正这个问题，我们能够实现与理论值相匹配的当量比。从这样得到的计算结果中火焰燃烧速度与火焰延伸速率之间的关系，我们可以确定由于丙酮液滴蒸发而引起的燃料混合物成分的局部和时间变化、局部当量比和据了解，这是影响蒸发速率的主要因素。此外，我们还根据马克斯坦长度的数值计算结果阐明了在各种条件（不同当量比和液滴直径）下质量扩散或热扩散占主导地位。此外，我们讨论了由于壁面条件（等温壁/绝热壁）而导致的壁面热损失对火焰的影响，重点关注燃烧速度与火焰延伸速率、火焰（最高）温度和液滴蒸发速率之间的关系.然而，即使火焰达到稳定状态后，由于液滴蒸发，空气-燃料混合物的局部成分和蒸发速率仍然剧烈波动，并且尚未进行详细讨论。我们还对高温高压条件下氨-氢共烧进行了数值计算。但由于计算负荷高于预期，高温高压条件下的计算被推迟，无法获得足够的数据。 ●研究的意义我们再现了具有液滴尺寸分布的真实液滴射流。可以从多个角度定量比较和分析燃料液滴蒸发对火焰的影响，明确液滴对火焰的影响。此外，该分析方法和计算模型可应用于各种燃烧条件下的喷雾燃烧模拟。 ●研究意义本研究开发的燃烧模型可用于与燃烧反应相关的各种参数（燃料、压力、温度、喷雾速度等）的应用研究，可用于进一步提高燃烧器的效率这有助于减少物质的使用。