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本研究報告書では、発電プラントや産業用ガスタービン等の燃焼器を対象にLESを基礎とする数値解析モデリングを確立して合理的な設計法として導入を図ることを目的として実施した研究成果を報告する。まず、乱流と燃焼反応の干渉について、乱流中においてシート状の層流火炎片(Flamelet)を仮定した乱流燃焼モデルのLESへの適用法を述べる。従来、主に統計平均モデルで検討されてきた単純火炎に対するモデルをLESに適用してSGSモデルの定式化を示したのち、予混合火炎、拡散火炎およびそれらの混合する複合火炎へ適用した。また、ダイナミックSGSモデルに基づく改良や、LES結果に基づくNO等の生成予測法の開発、液滴粒子を含む燃焼火炎への拡張について述べる。次に、燃焼流れにおけるLES計算方法について、従来研究に基づく複雑形状乱流場の高精度解析法やダイナミックSGSモデルの定式化を示し、また、新たな成果として、スカラー量拡散のモデル化に対して速度場との相似性を用いない非平衡モデルの提案、時間平均モデルを導入した壁面境界条件の近似、流入変動の影響の導入方法について報告する。LESモデルの検証に供しうる乱流の非定常性や瞬時分布に関しての実験データは少ないため、本研究では可視化画像による熱流動計測技術を活用して特にスカラー量拡散および燃焼火炎の解析方法を開発した。また、DNSデータに基づく乱流渦構造の解析を行い、乱流LES解析の基盤データとした。これらの成果を総合して現実の燃焼器設計を想定した乱流燃焼火炎のLES解析法を構成した。対象として、予混合火炎が主体のガスタービン燃焼器における火炎伝播や、拡散火炎が主体のバーナー燃焼器における火炎吹き上がりなどの検証解析結果を示すとともに、従来の設計法などと照らしてその工学的な有用性を評価した。

【研究分担者】
佐賀徹雄	東京大学	生産技術研究所	助手	(Kakenデータベース)
大島まり	東京大学	生産技術研究所	助教授	(Kakenデータベース)
谷口伸行	東京大学	情報基盤センター	助教授	(Kakenデータベース)
新美智秀	名古屋大学	工学研究科	助教授	(Kakenデータベース)
坪倉誠	東京工業大学	総合理工学研究科	講師	(Kakenデータベース)