プラズマ反応を考慮した超音速乱流燃焼のLES解析

考虑等离子体反应的超音速湍流燃烧的LES分析

基本信息

批准号：
09J04309
负责人：
渡部潤也
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

平成23年度は、前年度に作成した任意の気体種を扱える多成分非燃焼LESコードに改良を加え、水素燃料の燃焼反応を扱える超音速乱流燃焼LESコードを完成させた。このコードを用いて、まず、水素と燃焼加熱空気の同軸超音速噴流バーナーを模擬した計算を行い、過去の実験結果との詳細な比較を行った。LES計算によって得られた温度分布、燃焼生成物の濃度分布、OHラジカルの濃度分布等は実験計測で観測されたものとよく似ており、計算コードの妥当性を実証できた。続いて、スクラムジェット燃焼器の燃料噴射形態の基礎要素である、超音速空気流中への水素燃料の壁面垂直噴射の計算を行った。スタンフォード大学で行われた過去の実験結果と比較すると、同様なOHラジカル分布が再現できており、また、噴流の貫通特性もよく一致した。また、LES計算によって得られた瞬時時系列の温度、圧力、化学種濃度等の詳細データを解析することで、現状実験計測では取得し得ない燃焼発熱量や各化学種の生成速度の空間分布を算出した。これらの結果は、スクラムジェット燃焼器における超音速乱流燃焼状態の把握にとって極めて有意義な情報である。本研究では基礎的な燃料噴射場に留まったが、本コードをより実用的な燃焼器形態に適用すれば、より実用的に役立つ情報を取得可能であるため、本研究で超音速乱流燃焼現象に適用できるLESコードを完成させたことは、極めて重要な成果であり、今後その活用が期待される。また、昨年度の成果および上記の研究成果は学術論文としてまとめ、論文投稿を行った。なお、当初予定していたプラズマ反応の導入は断念した。これは、プラズマ反応モデルが未だ未成熟であること、および、東日本大震災の影響により研究計画が遅れたことに起因する。

在2011年，我们增加了可以处理上一年中产生的任何气体物种的多组分非燃烧代码的改进，并完成了可以处理氢燃料燃烧反应的超音速湍流LES代码。使用此代码，首先进行计算，以模拟氢气和燃烧加热空气的同轴超音速喷射燃烧器，并与以前的实验结果进行了详细的比较。通过LES计算获得的温度分布，燃烧产物的浓度分布以及OH自由基的浓度分布与实验测量中观察到的非常相似，并且证明了计算代码的有效性。接下来，对将氢燃料的垂直壁注入到超音速空气流中进行计算，这是Scramjet燃烧器的燃油喷射形式的基础。与斯坦福大学先前的实验结果相比，重现了类似的OH根部分布，并且射流流的渗透特性也很好地匹配。此外，通过分析通过LES计算获得的瞬时时间序列中的温度，压力，化学物种浓度，例如产生的燃烧热量的空间分布以及目前无法通过实验测量获得的每种化学物种的生成速率。这些结果是非常有意义的信息，用于理解Scramjet燃烧器中的超音速湍流燃烧状态。这项研究仍在基本的燃油喷射领域中，但是如果将此代码应用于更实用的燃烧器形式，则可以获得更实用和有用的信息。因此，在这项研究中完成可以应用于超音速动荡燃烧现象的LES代码是非常重要的成就，并且可以预期它将在将来使用。此外，将去年的结果和上述研究结果汇编为学术论文并提交。此外，我们放弃了引入最初计划的血浆反应。这是由于以下事实：血浆反应模型仍然不成熟，并且由于大东日本地震的影响而延迟了研究计划。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Numerical Study of Combustion by Plasma Jet in Supersonic Flow

超音速流中等离子射流燃烧的数值研究

DOI：
发表时间：
2009
期刊：
影响因子：
0
作者：
J.Watanabe;N.Abe;K.Takita;渡部潤也;Junya Watanabe;Junya Watanabe;渡部潤也;Junya Watanabe;渡部潤也;Junya Watanabe;渡部潤也;Junya Watanabe;渡部潤也;Junya Watanabe;Junya Watanabe
通讯作者：
Junya Watanabe

Interaction between Shock Waves, Hydrogen Flame and Plasma Jet in Supersonic Flow

超音速流中冲击波、氢火焰和等离子射流之间的相互作用

DOI：
发表时间：
2009
期刊：
影响因子：
0
作者：
J.Watanabe;N.Abe;K.Takita;渡部潤也;Junya Watanabe;Junya Watanabe;渡部潤也;Junya Watanabe;渡部潤也;Junya Watanabe;渡部潤也;Junya Watanabe;渡部潤也;Junya Watanabe
通讯作者：
Junya Watanabe

超音速流中における噴流の乱流混合のLES解析

超音速流中射流湍流混合的 LES 分析