超臨界圧燃焼流れ場の高度デジタル予測に資する詳細反応機構-燃焼LES技術の開発

详细的反应机理有助于超临界压力燃烧流场的先进数字预测 - 燃烧LES技术的开发

基本信息

批准号：
21H01522
负责人：
寺島洋史
金额：
$ 10.73万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

研究開発を進めてきた熱，輸送物性，そして化学反応モデルに非理想性を考慮した超臨界圧燃焼流れシミュレーション技術の成果を国際会議および査読論文において発表した．本研究で取り上げたJoule-Thomson効果(エンタルピーの圧力依存性)を用いた非理想性効果の議論はほとんど行われておらず，超臨界圧燃焼流れシミュレーションにおける新しい知見を提供できたと考えている．化学反応項LESモデル開発については，火炎帯を人工的に厚くするモデル(localized thickened flame model: LTF)をベースとし，乱流火炎現象で重要と考えられる火炎伸張率効果を考慮した新しい火炎モデル(LTF-X)の研究開発を進めた．本モデルは，燃焼速度と火炎伸張率の関係をMarkstein長さで結びつける理論式に基づいたもので，参照解となる直接数値解析(DNS)の結果を粗い格子でも再現できるよう新しい余剰項を構築し支配方程式に加えるこれまでに無いモデルである．既存LTFモデルでは，火炎帯が人工的に厚くなり，火炎伸張が燃焼速度に与える効果が修正されるため正しい燃焼速度を再現できないが，LTF-Xモデルでは，火炎帯厚さと火炎伸張率の関係を数値的に評価・導出し，正しい燃焼速度(正しい火炎伸張率効果)を再現できるよう余剰項を構築している．水素空気予混合気の円筒伝播火炎および渦-平面火炎干渉問題を通して，例えばDNSに対して格子幅約10倍の粗い格子においても，LTF-XモデルがDNS解(火炎伝播速度や火炎形状)を再現できることを確認した．火炎帯を人工的に厚くする火炎モデルにおいて，燃焼速度に対する火炎伸張率効果を正しく再現できるモデル提案は世界に先駆けたものである．次年度の国際会議で成果発表を予定している．

考虑热非理想性、传输特性和化学反应模型的超临界燃烧流动模拟技术的研发成果已在国际会议和同行评审论文中发表。对于本研究中讨论的焦耳-汤姆逊效应（焓的压力依赖性）的非理想效应的讨论很少，我们相信我们已经能够在超临界压力燃烧流动模拟中提供新的知识。关于化学反应项LES模型的发展，我们在考虑火焰伸长率效应的局部增厚火焰模型（LTF）的基础上开发了一种新的火焰模型（局部增厚火焰模型：LTF），该模型被认为是在湍流火焰现象中很重要，我们继续进行 LTF-X 的研究和开发。该模型基于使用马克斯坦长度连接燃烧速度和火焰伸长率之间关系的理论公式，并构造了新的剩余项，以便将直接数值分析（DNS）的结果作为参考解即使在粗糙的网格上也可以重现，这是一个前所未有的模型，将其添加到控制方程中。在现有的LTF模型中，火焰区域被人为加厚，并校正了火焰延伸对燃烧速率的影响，因此无法再现正确的燃烧速率，但在LTF-X模型中，火焰区域厚度与燃烧速率之间的关系。对火焰膨胀率进行数值评估和导出，并构造一个附加项来重现正确的燃烧速度（正确的火焰伸长率效应）。通过氢气-空气预混物的圆柱传播火焰和涡面火焰干扰问题，LTF-X模型即使在网格宽度约为DNS的10倍的粗网格上也能求解DNS解（火焰传播速度和火焰形状）我们确认可以复制。我们是世界上第一个提出的模型，可以在人为加厚火焰区域的火焰模型中准确地再现火焰伸长对燃烧速度的影响。我们计划在明年的国际会议上展示研究结果。

项目成果

期刊论文数量（16）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

高圧水素乱流予混合火炎への詳細反応LTF火炎モデルの適用

详细反应LTF火焰模型在高压氢气湍流预混火焰中的应用

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
大田康就;寺島洋史;河合宗司
通讯作者：
河合宗司

Effects of a Recess on Coaxial Cryogenic Injections at Supercritical Pressure

超临界压力下凹槽对同轴低温喷射的影响

DOI：
10.2514/1.b38552
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
1.9
作者：
D. Muto; H. Terashima; T. Araki;N. Tsuboi
通讯作者：
N. Tsuboi

当量比がノッキング燃焼に与える影響についての2次元数値解析

当量比对爆震燃烧影响的二维数值分析

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
渡邊皓介;寺島洋史
通讯作者：
寺島洋史

Linker Engineering of Sandwich‐Structured Metal–Organic Framework Composites for Optimized Photocatalytic H2 Production

用于优化光催化氢气生产的三明治结构金属有机框架复合材料的连接体工程

DOI：
10.1002/adma.202302512
发表时间：
2023-07-08
期刊：
Advanced Materials
影响因子：
29.4
作者：
Siyuan Wang;Zhiwen Ai;X. Niu;Weijie Yang;Rong Kang;Zhongyuan Lin;A. Waseem;Long Jiao;Hai‐Long Jiang
通讯作者：
Hai‐Long Jiang

Prediction of propagating flames under high-pressure conditions with real-fluid combustion modeling

通过真实流体燃烧模型预测高压条件下的火焰传播