メゾスケールに着目した新しい熱流体解析

专注于介观尺度的新热流体分析

基本信息

批准号：
13750170
负责人：
山本和弘
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

通常流れを解析する場合,運動量・エネルギーなどの各保存式を差分法などで数値的に解く.燃焼場では計算精度の観点から小さな時間・空間スケールが必要であるため,計算時間が膨大となることが多い.このため,フィルタリングにより小さなスケールの特性をモデル化し,大きなスケールで計算を行うLESが現実的であるが,この場合にも特徴的な構造が正確に計算できる程度の精度が要求される.一方,よりミクロな視点から流れを模擬する方法に分子動力学法があるが,計算負荷が飛躍的に増加するので,実用的な場を計算することは不可能である.近年,分子や原子の集合に相当する仮想的な粒子を用いて流れを模擬する方法が提案された(メゾスケールモデル).その一つに格子ガスオートマトン法(LGA)があり,その手法の利点として,(1)支配方程式が存在せず数値誤差がない,(2)ミクロな視点から現象を記述するため境界条件の設定が容易である,(3)局所性が高く並列計算に適している,などが挙げられる.前年度は反応物と生成物の2種類の粒子を用いてLGAにより燃焼場の解析を試みた.しかし,粒子の存在の有無を整数型のBool変数を用いて記述するため,直接実数を扱うことができなかった.また粒子間の反応を確率により表したが,その物理的な解釈が問題となった.これに対し格子ポルツマン法(LBM)では,粒子の分布関数に対する発展方程式をもとに流れを模擬する.これにより実数を直接扱うことが可能になり,アレニウス型の反応を用いて燃焼場を模擬することができる.本研究では,一段の総括反応モデルを用いて,一様流中に形成される火炎をLBMにより計算した.本手法の妥当性を検討するため,燃焼速度を求めて実験結果と比較した.燃料には,メタンとプロパンの2種類を用いた.その結果,計算により得られた燃焼速度は,これまでに報告されている結果に近い値となった.今後,圧縮性を考慮するなどモデルを改善していく必要があるが,LBMにより燃焼場の数値計算が可能であることが確認できた.

在分析法向流动时，采用有限差分法对动量、能量等守恒方程进行数值求解。在燃烧领域，从计算精度的角度来看，需要较小的时间和空间尺度，因此计算时间巨大。这个原因，过滤LES，在较小尺度上对特征进行建模并在较大尺度上进行计算，是现实的，但即使在这种情况下，也需要精度来精确计算特征结构。另一方面，从更微观的角度用分子动力学方法来模拟流自然而，由于计算量急剧增加，不可能计算实际的场。近年来，已经提出了使用与分子或原子集合相对应的虚拟粒子来模拟流动的方法（介观模型）。是格子气体汽车Mutton方法（LGA）的优点是（1）没有控制方程，没有数值误差；（2）从微观角度描述现象，易于设定边界条件；（3）局部性高，适合并行计算。计算。去年，我们尝试使用 LGA 分析燃烧场，使用两种类型的粒子：反应物和产物。但是，为了使用整数型 Bool 变量来描述粒子的存在或不存在，我们必须直接使用实数。此外，粒子之间的反应无法用概率来表达。然而，它的物理解释成为了一个问题。相比之下，格子波特兹曼方法（LBM）基于粒子分布函数的演化方程来模拟流动。这允许直接处理实数，并使用它来确定燃烧场。阿累尼乌斯型反应。本研究采用一阶段总体反应模型，利用LBM计算均匀流动中形成的火焰。为了检验该方法的有效性，我们确定了燃烧速度并进行了实验结果比较。使用两种燃料：甲烷和丙烷。结果，计算得到的燃烧速度与迄今为止报道的结果接近。将来有必要考虑压缩性来改进模型，并证实可以使用LBM对燃烧场进行数值计算。。