渦糸ソリトンによる高速火炎伝播メカニズムの検証と応用

涡孤子高速火焰传播机理验证及应用

• 批准号: 12J05802
• 负责人: 佐藤 裕也
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J05802/
• 关键词: 燃焼; 高速火炎伝播; 渦; 渦糸ソリトン; 数値シミュレーション; CFD; 乱流燃焼場; 火炎伝播; 火災旋風

本研究の第1の目的は, 渦糸ソリトンによる高速火炎伝播メカニズムの検証レベルを上げることであった. この検証研究については1年目(平成24年度)に多くの成果を得ることができたため, 2年目(平成25年度)はそれらの成果を学術雑誌論文としてまとめ, 学術雑誌に投稿することに重点を置いた. 具体的には, これまでに発表済みの論文に加えて, 1)渦に沿った高速火炎伝播における火炎と渦糸ソリトンの位置関係, 2)渦に沿った高速火炎伝播に現れる渦糸ソリトンの性質, 以上2報の論文を新たに作成した. そのうち1)は日本燃焼学会誌に掲載決定, 2)も同誌に投稿予定の段階となった.本研究の第2の目的は, 渦糸ソリトンによる高速火炎伝播メカニズムが実用的問題に対しても応用可能であることを示すことであった. 2年目(平成25年度)はこの応用研究も少し進めた. 当初, 航空機や火力発電所で使用されるガスタービンエンジンの旋回流燃焼器に対する応用研究を考えていたが, 大規模火災現場で発生する火災旋風に対する応用研究を行うこととし, 防災安全面からの必要性から, そのメカニズムの解明を試みた. 3次元数値シミュレーションの結果, 実際の火災旋風に近い現象を再現することができた. さらに渦糸ソリトンのようなラセン状の渦線の孤立波ではないが, 連続したラセン状の渦線構造が観察されたことから, 火災旋風の高速上昇流は渦に沿った高速火炎伝播と類似したメカニズムで説明できる可能性が示された.以上の第1と第2の目的に対する研究成果は, いずれも燃焼学分野における新しい視点や新しい方向性を示すものであり, その学術的意義は大きいと思われる. 今後, 多数の渦と火炎が相互作用する乱流燃焼場をはじめ, ガスタービンエンジンの旋回流燃焼器や大規模火災現場の火災旋風などのような問題への本格的な応用も期待され, 重要性・汎用性の高い基礎的な研究成果であるといえる.

这项研究的第一个目的是提高Vortex孤子的高速火焰传播机理的验证水平。正如第一年（2012年）获得的许多结果一样，第二年（2013年）着重于将这些结果作为学术期刊论文汇编，并将其提交给学术期刊。具体而言，除了先前发表的论文外，1）在沿涡旋的高速火焰传播中，火焰和涡旋孤子之间的位置关系，2）2）在高速火焰沿涡流中出现的涡旋孤子的性质以及上述两个新论文。其中1）已决定在《日本燃烧学会杂志》中发表，2）也计划将其提交给《日本杂志杂志《日本燃烧学会》杂志杂志杂志杂志杂志杂志《杂志》杂志《杂志》杂志《杂志》杂志。这项研究的第二个目的是证明涡旋孤子的高速火焰传播机制可以应用于实际问题。在第二年（2013年），这项申请研究也进行了一些。最初，我们正在考虑将研究应用于飞机和热电厂中使用的燃气轮机发动机的旋转流燃烧器，但我们决定进行应用研究以在大规模消防地点发生的旋风，我们试图澄清由于需要预防灾难和安全而引起的机制。三维数值模拟表明，可以再现类似于真实火旋风的现象。此外，尽管它不是像涡旋孤子那样的涡旋线的孤立波，但仍观察到连续的螺旋涡流线结构。已经表明，可以通过类似于沿涡流的高速火焰传播的机制来解释火旋风的高速向上流。上述第一和第二个目标的研究结果都均显示了燃烧科学领域的新观点和新方向，其学术意义可能很重要。将来，预计它将应用于诸如许多涡流和火焰相互作用的湍流燃烧场以及燃气轮机发动机的漩涡流燃烧器以及大规模火灾站点的火旋风，这是一项非常重要和多功能的基本研究发现。

项目成果

ボルテックス・バースティングの3次元数値シミュレーション

涡爆的3D数值模拟

• 发表时间: 2014
• 作者: 小関佳由;佐藤裕也;篠田昌久
• 通讯作者: 篠田昌久