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流体解析ソフトウェア:NuFD/ FlontFlow Red による解析事例

航空エンジン用燃焼器
定常運転時における酸素濃度分布
航空エンジン用燃焼器の大規模解析
Keywords: Large-scale parallel-computation,Spray combustion, Full annular, LES, Unsteady

航空エンジン用燃焼器は、他の機器と比べて遥かに高い安全性や信頼性が要求されます。そのためには様々な運転条件に対応する過渡的で非定常な現象を予測し理解する必要があり、1つのバーナから成るセクタのみの解析では不十分です。しかしながら、フルアニュラーを対象とした解析は解析格子数が膨大となるため、通常の計算環境での非定常解析は困難です。この様な課題に対して、「NuFD/FrontFlowRed」は各大学や研究機関のスーパーコンピュータに応じたチューニングを行い、多くの大規模解析の実績を積み上げて参りました。右図は、「JAXA情報化事業」の一環として、JAXA Super computer System(JSS)において実施された大規模非定常解析の結果です。このフルアニュラー解析は、格子6千万要素規模、燃料液滴数3千万個規模で、MPI並列並びにVISIMPACT(JSSにおけるノード内の自動並列化システム)用い、1280coreの規模で行われました。この事業によって、航空エンジン用燃焼器の大規模解析が現実的なものとなっています。
■開発のご協力:(国研) 宇宙航空研究開発機構 様、
                        (株) IHI 様

チャネル流れにおける圧縮性検証解析
チャンネル流れにおける圧縮性検証解析※1
左:マッハ数等値線/右:圧力分布
NuFD/FFR = NuFD/FrontFlowRed
超音速流れ場における瞬時分布
超音速燃焼場における瞬時分布※2
上:圧力 [Pa]/中:温度[K]/下:マッハ数


超音速流れ場における燃焼解析
Keywords: Compressible fluid, Supersonic combustion, Shockwave, Boundary layer, Detailed reaction, Eddy break-up model

「NuFD/FrontFlowRed」は非圧縮性流れから超音速流れまでの幅広い速度域での計算が可能です。(※1)は亜音速から超音速に加速されて衝撃波が生じている様子を表しており、実験に非常に近い圧力分布が得られています。また(※2)は超音速で飛翔する航空機用エンジン内部の解析例を示しています。本エンジン内部では衝撃波、境界層、燃料噴射、乱流混合や燃焼が相互に複雑に干渉し合うため、これらの複雑な現象を高精度で解析する必要があります。これまでに、非定常現象を再現できるLESを適用し、燃焼モデルとして渦崩壊モデルや詳細反応モデルを用いて、非定常な超音速燃焼流れ場を再現しています。
■開発のご協力:京都大学大学院 様



超臨界燃焼
温度 [K]

超臨界燃焼
密度 [kg/m³]

超臨界燃焼
YCH4 [kg/kg]

超臨界燃焼
YO2 [kg/kg]

超臨界燃焼
YCO [kg/kg]





超臨界燃焼解析
Keywords: Supercritical combustion, SoaveRedlich-Kwong(SRK), Peng-Robinson (PR), Compressible fluid, Elementary reaction

Yang et al.の解析を対象とした超臨界燃焼解析
・実気体流体モデル(SRK, PRモデル等)
・圧縮性流体
・素反応モデル

CH4 超臨界燃焼解析

O2 超臨界燃焼解析

CO2 超臨界燃焼解析

■ご協力:京都大学大学院 様