演繹的アプローチと帰納的アプローチを用いた振動燃焼の縮約モデ ル開発と予知

使用演绎和归纳方法开发和预测振荡燃烧的简化模型

• 批准号: 20K04275
• 负责人: 堤 誠司
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Japan Aerospace EXploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04275/
• 关键词: 振動燃焼; ロケットエンジン; LES; 数値流体力学; 機械学習

振動燃焼研究のベンチマーク燃焼器であるContinuously Variable Resonant Combustor (CVRC)を対象に，圧縮性Large-Eddy Simulationを用いた解析と軸対象2次元を仮定した非定常解析の2つを実施している．入口酸化剤温度を660~1400Kまで変化させることでcombustion noise (燃焼騒音)から１次長手モード(1Lモード)を持つ振動燃焼の振幅変化(増幅/減衰過程)を再現することができ，振動燃焼をモデル化するために必要となる多量の学習データを作成した．１Lモード振動燃焼が卓越すると酸化剤の流速変動に起因して燃料/酸化剤のせん断層に大規模な渦構造が現れ，局所的に混合が促進して発熱することが観察された．発熱率変動と燃焼器内の圧力変動の時空間関係を調べたところ，圧力変動の腹で発熱率変動が大きくなり，かつこれらの位相が揃っていることから振動燃焼が維持されることが分かった．時間遅れも加味して時系列データの因果関係を評価可能な移動エントロピを適用した結果，圧力変動と発熱率変動の関係は振動燃焼の振幅の大きさによって変化することや，さらに燃料と酸化剤の移流に関する因果関係はせん断層に表れる大規模渦構造の有無によって変化することが明らかになった．これらの因果関係は振動燃焼における特徴量を表していると考えられる．また，振動騒音から振動燃焼への遷移時には間欠的な圧力振動が現れることが実験的に分かっており，２次元解析を進めて数値解析でも再現を試みている．もし間欠的な圧力振動を捉えることができれば振動燃焼のモデル化が大きく前進することになる．これまで得られた学習データを利用して引き続き振動燃焼発生の特徴量の抽出，および因果関係を明らかにし，振動燃焼を予知・制御するモデル構築を行う．

对连续可变谐振燃烧器 (CVRC) 进行了两项分析，该燃烧器是振荡燃烧研究的基准燃烧器：使用可压缩大涡模拟的分析和假设轴对称二维的非定常分析。通过将氧化剂入口温度从 660 更改为 1400K，可以根据燃烧噪声再现第一纵向模式（1L 模式）的振荡燃烧的振幅变化（放大/阻尼过程）。我们创建了所需的大量训练数据。来建模 .研究发现，当1L模式振荡燃烧盛行时，由于氧化剂流速的波动，燃料/氧化剂剪切层中出现大范围的涡流结构，促进局部混合并产生热量。当我们研究燃烧室中放热率波动和压力波动之间的时空关系时，我们发现放热率波动在压力波动的波腹处变得更大，并且由于这些相位一致，所以维持了振荡燃烧。塔。通过应用可以通过考虑时间滞后来评估时间序列数据的因果关系的传递熵，我们发现压力波动和放热率波动之间的关系根据振荡燃烧的幅度而变化，并且燃料和氧化剂之间的关系 很明显，平流的因果关系会根据剪切层中是否出现大规模涡流结构而变化。这些因果关系被认为代表了振荡燃烧中的特征量。此外，通过实验已知，在从振动噪声到振动燃烧的过渡过程中会出现间歇性压力振荡，我们正在进行二维分析并尝试在数值分析中重现它。如果能够捕获间歇性压力振荡，振荡燃烧的建模将得到极大的进步。利用迄今为止获得的学习数据，我们将继续提取振荡燃烧发生的特征，阐明因果关系，并建立预测和控制振荡燃烧的模型。

项目成果

Causal Analysis of Flow Physics Using Transfer Entropy

• DOI: 10.2514/6.2020-2945
• 发表时间: 2020-06
• 期刊: AIAA AVIATION 2020 FORUM
• 作者: Noriyasu Omata;S. Tsutsumi;Taro Shimizu;Hiroshi Koizumi

燃焼場における因果関係のクラスタリング移動エントロピによる解析

使用聚类转移熵分析燃烧场的因果关系

• 发表时间: 2020
• 作者: Landon Kamps;Seiji Ito;Harunori Nagata;尾亦範泰，堤誠司，清水太郎，小泉拓
• 通讯作者: 尾亦範泰，堤誠司，清水太郎，小泉拓

液体ロケットエンジン燃焼器開発のための数値解析事例

液体火箭发动机燃烧室开发数值分析实例

• 发表时间: 2021
• 期刊: 可視化情報
• 作者: Kimura Hidehito;Osaki Susumu;Hayashi Kosuke;Taniguchi Masaaki;Fujita Yuichi;Seta Takeshi;Tomiyama Akio;Sasayama Takashi;Kohmura Eiji;堤誠司，芳賀臣紀，清水太郎
• 通讯作者: 堤誠司，芳賀臣紀，清水太郎

振幅変化を伴う自励燃焼振動現象の数値解析

幅值变化的自激燃烧振荡现象的数值分析

• 发表时间: 2020
• 作者: 大橋 広太郎;小林 一道;藤井 宏之;渡部 正夫;堤誠司，尾亦範泰，清水太郎，赤嶺政仁
• 通讯作者: 堤誠司，尾亦範泰，清水太郎，赤嶺政仁