JP2017203560A - Combustion flow numerical analysis program and combustion flow numerical analysis method - Google Patents

Combustion flow numerical analysis program and combustion flow numerical analysis method Download PDF

Info

Publication number
JP2017203560A
JP2017203560A JP2016093716A JP2016093716A JP2017203560A JP 2017203560 A JP2017203560 A JP 2017203560A JP 2016093716 A JP2016093716 A JP 2016093716A JP 2016093716 A JP2016093716 A JP 2016093716A JP 2017203560 A JP2017203560 A JP 2017203560A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
instantaneous
chemical reaction
combustion
fuel
local
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016093716A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6796395B2 (en
Inventor
伸行 大島
Nobuyuki Oshima
伸行 大島
昂志 平野
Takashi Hirano
昂志 平野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hokkaido University NUC
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Hokkaido University NUC
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hokkaido University NUC, Kawasaki Heavy Industries Ltd filed Critical Hokkaido University NUC
Priority to JP2016093716A priority Critical patent/JP6796395B2/en
Publication of JP2017203560A publication Critical patent/JP2017203560A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6796395B2 publication Critical patent/JP6796395B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combustion flow numerical analysis program and a combustion flow numerical analysis method that can be applied to a numerical analysis in which a combustion chemical reaction is non-equilibrium state and that can restrict an increasing in a calculation load accompanied with the application.SOLUTION: This invention comprises a chemical reaction condition data base making means 6 for storing chemical reaction conditions including a temperature at a thermal equilibrium state, a density at the thermal equilibrium state, and a mass burning rate under a thermal equilibrium state to a chemical reaction condition data base 42, using a prescribed conserved scalar quantity; an instantaneous and local conserved scalar quantity taking means 7 for acquiring an instantaneous and local conserved scalar quantity; an instantaneous and local chemical reaction condition calculation means 8 for calculating the instantaneous and local chemical reaction condition; an instantaneous and local physical property value calculation means 9 for calculating instantaneous and local physical property value using a conservation equation of an index scalar quantity and instantaneous and local chemical reaction condition; and a combustion flow analysis means 10 for numerically analyzing a flow accompanied with combustion of fuel, oxidant, and combustion mixture.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料と酸化剤との燃焼を伴う流れを数値解析する燃焼流れ数値解析プログラムおよび燃焼流れ数値解析方法に関するものである。   The present invention relates to a combustion flow numerical analysis program and a combustion flow numerical analysis method for numerically analyzing a flow accompanied by combustion of a fuel and an oxidant.

現在、世界のエネルギー供給の約1/2は、水素燃料および炭化水素系燃料を用いるものが占めている。そのため、水素燃料および炭化水素系燃料を燃料とする燃焼技術の最適化は、COの排出量削減のための重要課題の一つである。 Currently, about half of the world's energy supply is made up of hydrogen and hydrocarbon fuels. Therefore, optimization of combustion technology using hydrogen fuel and hydrocarbon fuel as one of the fuels is one of the important issues for reducing CO 2 emissions.

一般的に、燃料と酸化剤との燃焼は、多数の分子種による多段反応により構成され、その燃焼過程は、主として、以下の関係により支配されている。
(1)化学反応素過程
(2)化学反応過程に存在する全ての化学種の質量保存則
(3)燃焼混合気の運動量保存則
(4)燃焼混合気のエネルギー保存則
Generally, combustion of a fuel and an oxidant is constituted by a multistage reaction with a large number of molecular species, and the combustion process is mainly governed by the following relationship.
(1) Chemical reaction elementary process (2) Mass conservation law for all chemical species present in chemical reaction process (3) Momentum conservation law for combustion mixture (4) Energy conservation law for combustion mixture

また、非定常、非均一な燃焼混合気の熱的条件を特定するためには、各化学種の熱的物性値および燃焼混合気の状態方程式を与える必要がある。   Moreover, in order to specify the thermal conditions of the unsteady and non-uniform combustion mixture, it is necessary to provide the thermal property values of each chemical species and the state equation of the combustion mixture.

例えば、化学反応素過程は、水素燃料を用いる場合には、9種の化学物質と21種の素反応よりなると考えられる。また、炭化水素系燃料を用いる場合には、30から数100種の化学物質と300から1000以上の素反応が関与するものと考えられている。   For example, the chemical reaction process is considered to consist of 9 chemical substances and 21 elementary reactions when hydrogen fuel is used. In the case of using a hydrocarbon fuel, it is considered that 30 to several hundred kinds of chemical substances and 300 to 1000 or more elementary reactions are involved.

また、化学反応の空間スケールおよび時間スケールは、流れの空間スケールおよび時間スケールに比べて約1/10と小空間・短時間の反応であり、数値解析における格子点数や時間刻みを流れの数値解析よりも細かくしなければならない。よって、このような多数の分子種による多段反応について近似モデルを使用せずに、直接、支配方程式の数値解析を行う場合、膨大な計算負荷を必要とする。そのため、化学反応素過程は詳細に検討されているものの、燃焼流れのような多種多段の化学反応と流れとを同時に数値解析することは困難であると指摘されている。   In addition, the chemical reaction spatial scale and time scale are about 1/10 of the flow spatial scale and time scale, which is a reaction in a small space and in a short time. It must be finer than that. Therefore, when a numerical analysis of the governing equation is directly performed without using an approximate model for such a multistage reaction with a large number of molecular species, a huge calculation load is required. For this reason, although the chemical reaction process has been studied in detail, it has been pointed out that it is difficult to simultaneously analyze various multistage chemical reactions such as combustion flows and flows.

このような問題に対し、従来、燃料と酸化剤の燃焼混合気の拡散混合を表す保存スカラー量を用いることで、予め化学反応の数値解析と流れの数値解析とを分離して数値解析を行うflamelet approachという方法がある。しかし、このflamelet approachは、1種類の保存スカラー量のみで燃焼反応状態を仮定するものであり、多種の燃料、あるいは流れや熱的条件の変化に対する汎用性に欠け、適用範囲や解析精度が原理的に限定されている。   Conventionally, numerical analysis of chemical reaction and numerical analysis of flow are separately performed for such problems by separating the numerical analysis of the chemical reaction and the numerical analysis of the flow by using a stored scalar quantity that represents the diffusive mixing of the combustion mixture of fuel and oxidant. There is a method called flamelet approach. However, this flamelet approach assumes a combustion reaction state with only one kind of stored scalar quantity, lacks versatility with respect to various fuels, or changes in flow and thermal conditions, and its application range and analysis accuracy are the principle. Limited.

そこで、これまでに本願の発明者らは、flamelet approachにおける適用範囲や解析精度の問題点を、複数の保存スカラー量を用いることにより効率的かつ高精度な数値解が得られるように解決した燃焼流れ数値解析プログラムおよび燃焼流れ数値解析方法に関する発明を提案し、特許権を取得している(特許文献1)。   So far, the inventors of the present application have solved the problem of application range and analysis accuracy in the flamelet approach so that an efficient and highly accurate numerical solution can be obtained by using a plurality of stored scalar quantities. An invention related to a flow numerical analysis program and a combustion flow numerical analysis method has been proposed, and a patent right has been obtained (Patent Document 1).

特許第5863109号公報Japanese Patent No. 5863109

しかしながら、特許文献1に記載されている発明においては、燃焼化学反応が平衡状態またはそれに近い状態にあることを仮定しているため、そのような状態でのシミュレーションには好適であるが、実機燃焼流動場のように燃焼が少しずつ進行していく、いわゆる非平衡状態の化学反応の数値解析には適用できない。   However, in the invention described in Patent Document 1, since it is assumed that the combustion chemical reaction is in an equilibrium state or a state close thereto, it is suitable for simulation in such a state. It cannot be applied to the numerical analysis of so-called non-equilibrium chemical reactions in which combustion proceeds little by little like a flow field.

本発明は、以上の特許発明における適用制限に係る課題を解決するためになされたものであって、燃焼化学反応が非平衡状態の燃焼流れである数値解析に適用できるとともに、それに伴う計算負荷の増加を抑制することができる、燃焼流れ数値解析プログラムおよび燃焼流れ数値解析方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in order to solve the problems related to the application limitation in the above patented invention, and can be applied to a numerical analysis in which the combustion chemical reaction is a combustion flow in a non-equilibrium state, and the calculation load associated therewith is also reduced. An object of the present invention is to provide a combustion flow numerical analysis program and a combustion flow numerical analysis method capable of suppressing the increase.

本発明に係る燃焼流れ数値解析プログラムは、燃料と酸化剤との燃焼を伴う流れを数値解析する燃焼流れ数値解析プログラムであって、前記燃料、前記酸化剤およびそれらを混合した燃焼混合気における各化学組成に基づいて設定される複数の保存スカラー量のうち、所定の前記保存スカラー量を用いて熱平衡状態における温度、熱平衡状態における密度および質量燃焼速度を含む化学反応条件を数値解析により取得し、その化学反応条件を化学反応条件データベースに記憶させる化学反応条件データベース作成手段と、前記保存スカラー量の保存方程式を用いて瞬時・局所保存スカラー量を数値解析により取得する瞬時・局所保存スカラー量取得手段と、前記化学反応条件データベースに記憶された化学反応条件および前記瞬時・局所保存スカラー量を用いて瞬時・局所化学反応条件を算出する瞬時・局所化学反応条件算出手段と、燃焼反応の非平衡状態を表す指標スカラー量の保存方程式および前記瞬時・局所化学反応条件を用いて瞬時・局所物性値を算出する瞬時・局所物性値算出手段と、前記瞬時・局所化学反応条件および前記瞬時・局所物性値を用いて前記燃料、前記酸化剤および前記燃焼混合気の燃焼を伴う流れを数値解析する燃焼流れ解析手段として、コンピュータを機能させるものである。   A combustion flow numerical analysis program according to the present invention is a combustion flow numerical analysis program for numerically analyzing a flow accompanied by combustion of a fuel and an oxidant, and each of the fuel, the oxidant, and a combustion mixture obtained by mixing them. Among the plurality of stored scalar quantities set based on the chemical composition, using the predetermined stored scalar quantity, the chemical reaction conditions including the temperature in the thermal equilibrium state, the density in the thermal equilibrium state, and the mass burning rate are obtained by numerical analysis, Chemical reaction condition database creation means for storing the chemical reaction conditions in a chemical reaction condition database, and instantaneous / locally preserved scalar quantity acquisition means for obtaining an instantaneous / locally preserved scalar quantity by numerical analysis using the conservation equation of the preserved scalar quantity And the chemical reaction conditions stored in the chemical reaction condition database and the instantaneous and local storage Instantaneous / local chemical reaction condition calculating means for calculating instantaneous / local chemical reaction conditions using color quantities, an index scalar quantity conservation equation representing the non-equilibrium state of combustion reaction, and instantaneous using the instantaneous / local chemical reaction conditions -Instantaneous / local physical property value calculating means for calculating local physical property values, and the flow accompanying combustion of the fuel, the oxidant and the combustion mixture using the instantaneous / local chemical reaction conditions and the instantaneous / local physical property values A computer is made to function as a combustion flow analysis means for numerical analysis.

本発明に係る燃焼流れ数値解析方法は、燃料と酸化剤との燃焼を伴う流れを数値解析する燃焼流れ数値解析方法であって、前記燃料、前記酸化剤およびそれらを混合した燃焼混合気における各化学組成に基づいて設定される複数の保存スカラー量のうち、所定の前記保存スカラー量を用いて熱平衡状態における温度、熱平衡状態における密度および質量燃焼速度を含む化学反応条件を数値解析により取得し、その化学反応条件を化学反応条件データベースに記憶させる化学反応条件データベース作成ステップと、前記保存スカラー量の保存方程式を用いて瞬時・局所保存スカラー量を数値解析により取得する瞬時・局所保存スカラー量取得ステップと、前記化学反応条件データベースに記憶された化学反応条件および前記瞬時・局所保存スカラー量を用いて瞬時・局所化学反応条件を算出する瞬時・局所化学反応条件算出ステップと、燃焼反応の非平衡状態を表す指標スカラー量の保存方程式および前記瞬時・局所化学反応条件を用いて瞬時・局所物性値を算出する瞬時・局所物性値算出ステップと、前記瞬時・局所化学反応条件および前記瞬時・局所物性値を用いて前記燃料、前記酸化剤および前記燃焼混合気の燃焼を伴う流れを数値解析する燃焼流れ解析ステップとを有する。   A combustion flow numerical analysis method according to the present invention is a combustion flow numerical analysis method for numerically analyzing a flow accompanied by combustion of a fuel and an oxidant, and each of the fuel, the oxidant, and a combustion mixture obtained by mixing them. Among the plurality of stored scalar quantities set based on the chemical composition, using the predetermined stored scalar quantity, the chemical reaction conditions including the temperature in the thermal equilibrium state, the density in the thermal equilibrium state, and the mass burning rate are obtained by numerical analysis, A chemical reaction condition database creation step for storing the chemical reaction conditions in a chemical reaction condition database, and an instantaneous / locally stored scalar quantity acquisition step for obtaining an instantaneous / locally stored scalar quantity by numerical analysis using the storage equation for the stored scalar quantity And the chemical reaction conditions stored in the chemical reaction condition database and the instantaneous / local storage scan -Instantaneous / local chemical reaction condition calculation step that calculates the instantaneous / local chemical reaction condition using the amount, and the conservation equation of the index scalar quantity that represents the non-equilibrium state of the combustion reaction and the instantaneous / local chemical reaction condition An instantaneous / local physical property value calculating step for calculating a local physical property value, and a flow accompanied by combustion of the fuel, the oxidant, and the combustion mixture using the instantaneous / local chemical reaction condition and the instantaneous / local physical property value. A combustion flow analysis step for numerical analysis.

本発明によれば、燃焼化学反応が非平衡状態の燃焼流れである数値解析に適用できるとともに、それに伴う計算負荷の増加を抑制することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being applicable to the numerical analysis whose combustion chemical reaction is a combustion flow of a non-equilibrium state, the increase in the calculation load accompanying it can be suppressed.

本発明に係る燃焼流れ数値解析プログラムを備えたコンピュータの一実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram showing one embodiment of a computer provided with a combustion flow numerical analysis program concerning the present invention. 本実施形態の燃焼場および想定される燃料組成スカラー量ξの値の範囲を示す概略図である。It is the schematic which shows the range of the value of the combustion field of this embodiment, and the fuel composition scalar quantity (xi) assumed. 本実施形態の保存スカラー量組合せ設定部により設定される2種類の保存スカラー量の任意の組み合わせを示す概略図である。It is the schematic which shows the arbitrary combinations of two types of preservation | save scalar quantities set by the preservation | save scalar quantity combination setting part of this embodiment. 本実施形態の瞬時・局所化学反応条件算出手段における瞬時・局所化学反応条件の算出例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of calculation of the instantaneous and local chemical reaction conditions in the instantaneous and local chemical reaction condition calculation means of this embodiment. 本実施形態における指標スカラー量Gを用いた予混合燃焼を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the premix combustion using the parameter | index scalar quantity G in this embodiment. 本実施形態の各構成の機能を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the function of each structure of this embodiment. 本実施形態の燃焼流れ数値解析プログラムおよび燃焼流れ数値解析方法における処理の流れを示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the flow of a process in the combustion flow numerical analysis program and combustion flow numerical analysis method of this embodiment. 本実施形態の化学反応条件データベース作成手段における処理の流れを示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the flow of the process in the chemical reaction condition database preparation means of this embodiment. 本実施例1における解析対象とした矩形板状の燃焼流動場を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the rectangular plate-shaped combustion flow field made into the analysis object in this Example 1. FIG. 本実施例1の化学反応条件データベース作成手段により作成された熱平衡状態における温度のデータベースを示す3次元グラフである。It is a three-dimensional graph which shows the database of the temperature in the thermal equilibrium state created by the chemical reaction condition database creation means of the present Example 1. 図10に示す3次元グラフをξ軸方向に見たグラフである。It is the graph which looked at the three-dimensional graph shown in FIG. 10 in (xi) c- axis direction. 図11の一部を拡大したグラフである。It is the graph which expanded a part of FIG. 本実施例1の化学反応条件データベース作成手段により作成された熱平衡状態における比体積(密度の逆数)のデータベースを示す3次元グラフである。It is a three-dimensional graph which shows the database of the specific volume (reciprocal number of a density) in the thermal equilibrium state created by the chemical reaction condition database creation means of the present Example 1. 図13に示す3次元グラフをξ軸方向に見たグラフである。It is the graph which looked at the three-dimensional graph shown in FIG. 13 in the ξ c- axis direction. 本実施例1の化学反応条件データベース作成手段により作成された質量燃焼速度のデータベースを示す3次元グラフである。3 is a three-dimensional graph showing a mass combustion rate database created by the chemical reaction condition database creation means of the first embodiment. 図15に示す3次元グラフをξ軸方向に見たグラフである。FIG. 16 is a graph when the three-dimensional graph shown in FIG. 15 is viewed in the ξ c- axis direction. 本実施例1の燃焼流動場におけるZ軸断面のプロット取得位置を示す正面図である。It is a front view which shows the plot acquisition position of the Z-axis cross section in the combustion flow field of the present Example 1. FIG. 本実施例1の解析結果を示す温度分布図である。It is a temperature distribution figure which shows the analysis result of the present Example 1. 図17に示すZ軸断面のプロット取得位置における温度分布図である。It is a temperature distribution figure in the plot acquisition position of the Z-axis cross section shown in FIG. 本実施例1の解析結果を示す混合気中の燃料の質量分率ξの分布図である。It is a distribution map of the mass fraction ξ of the fuel in the air-fuel mixture showing the analysis result of the first embodiment. 図17に示すZ軸断面のプロット取得位置における混合気中の燃料の質量分率ξの分布図である。FIG. 18 is a distribution diagram of the mass fraction ξ of fuel in the air-fuel mixture at the plot acquisition position of the Z-axis cross section shown in FIG. 17. 本実施例1の解析結果を示す燃料中の炭素割合ξの分布図である。It is a distribution map of carbon ratio ξ c in the fuel showing the analysis result of the first embodiment. 本実施例1の解析結果を示す指標スカラー量Gの分布図である。FIG. 6 is a distribution diagram of an index scalar quantity G showing the analysis result of the first embodiment. 図17に示すZ軸断面のプロット取得位置における指標スカラー量Gの分布図である。FIG. 18 is a distribution diagram of the index scalar quantity G at the plot acquisition position of the Z-axis cross section shown in FIG. 17. 本実施例1の解析結果を示す指標スカラー量Gの拡大分布図である。6 is an enlarged distribution diagram of an index scalar quantity G showing the analysis result of the first embodiment. FIG. 本実施例1の解析結果を示す質量燃焼速度分布図である。It is a mass burning velocity distribution map which shows the analysis result of the present Example 1. 本実施例1の解析結果を示す密度分布図である。It is a density distribution figure which shows the analysis result of the present Example 1. 図17に示すZ軸断面のプロット取得位置における密度分布図である。It is a density distribution figure in the plot acquisition position of the Z-axis cross section shown in FIG. 本実施例2における解析対象とした燃焼器の燃焼流動場を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the combustion flow field of the combustor made into the analysis object in this Example 2. FIG. 本実施例2における燃料および酸化剤の供給場所を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the supply place of the fuel in this Example 2, and an oxidizing agent. 本実施例2における断面プロットのデータ取得位置および無次元化座標を示す概略図である。It is the schematic which shows the data acquisition position and dimensionless coordinate of the cross-sectional plot in the present Example 2. 本実施例2の解析結果を示す温度分布図である。It is a temperature distribution figure which shows the analysis result of the present Example 2. 図31に示す断面プロットのデータ取得位置における温度分布図である。It is a temperature distribution figure in the data acquisition position of the cross-sectional plot shown in FIG. 本実施例2の解析結果を示す質量燃焼速度分布図である。It is a mass burning rate distribution map which shows the analysis result of the present Example 2. 本実施例2の解析結果を示す燃料中の炭素割合ξの分布図である。It is a distribution map of carbon ratio ξ c in the fuel showing the analysis result of the second embodiment. 本実施例2の解析結果を示す指標スカラー量Gの拡大分布図である。FIG. 10 is an enlarged distribution diagram of an index scalar quantity G showing the analysis result of the second embodiment.

以下、本発明に係る燃焼流れ数値解析プログラムおよび燃焼流れ数値解析方法の一実施形態について図面を用いて説明する。図1は、本実施形態における燃焼流れ数値解析プログラム1aを備えたコンピュータ1の構成を示すブロック図である。   Hereinafter, an embodiment of a combustion flow numerical analysis program and a combustion flow numerical analysis method according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a computer 1 provided with a combustion flow numerical analysis program 1a in the present embodiment.

本実施形態におけるコンピュータ1は、主として、入力手段2、表示手段3、記憶手段4および演算処理手段5から構成されている。   The computer 1 in this embodiment is mainly composed of an input unit 2, a display unit 3, a storage unit 4 and an arithmetic processing unit 5.

入力手段2は、テキストや数値を入力する操作キー、操作マウス等からなる。本実施形態においては、燃焼流れ数値解析プログラム1aを実行する際に用いられる初期条件、設定条件等の数値の入力操作等に用いることができるようになっている。   The input means 2 includes an operation key for inputting text and numerical values, an operation mouse, and the like. In the present embodiment, it can be used for input operations of numerical values such as initial conditions and setting conditions used when executing the combustion flow numerical analysis program 1a.

表示手段3は、画像やテキストデータを表示する液晶ディスプレーやCRTディスプレー、タッチパネル等からなり、燃焼流れ数値解析プログラム1aにおけるユーザーインターフェースとして、入力手段2により入力された内容や解析結果等を表示できるようになっている。   The display means 3 is composed of a liquid crystal display, a CRT display, a touch panel, etc. for displaying images and text data, and can display the contents inputted by the input means 2 and analysis results as a user interface in the combustion flow numerical analysis program 1a. It has become.

記憶手段4は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、ハードディスク、フラッシュメモリ等によって構成されており、各種のデータを記憶するとともに、演算処理手段5が演算を行う際のワーキングエリアとして機能するものである。   The storage unit 4 includes a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a hard disk, a flash memory, and the like. The storage unit 4 stores various data and a working area when the arithmetic processing unit 5 performs an operation. It functions as.

本実施形態において、記憶手段4は、図1に示すように、主として、燃焼流れ数値解析プログラム1aを記憶するプログラム記憶部41と、後述する演算処理手段5の化学反応条件データベース作成手段6により取得された化学反応条件を記憶させておく化学反応条件データベース42とを有する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the storage unit 4 is obtained mainly by a program storage unit 41 that stores the combustion flow numerical analysis program 1 a and a chemical reaction condition database creation unit 6 of the arithmetic processing unit 5 described later. And a chemical reaction condition database 42 for storing the chemical reaction conditions.

プログラム記憶部41には、本実施形態の燃焼流れ数値解析プログラム1aがインストールされている。そして、演算処理手段5が、前記燃焼流れ数値解析プログラム1aを実行し、コンピュータ1等を後述する各構成部として機能させるようになっている。   The program storage unit 41 is installed with the combustion flow numerical analysis program 1a of this embodiment. Then, the arithmetic processing means 5 executes the combustion flow numerical analysis program 1a, and causes the computer 1 and the like to function as constituent parts to be described later.

なお、燃焼流れ数値解析プログラム1aの利用形態は、上記構成に限られるものではない。例えば、CD−ROMやUSBメモリ等のように、コンピュータ1で読み取り可能な非一時的な記録媒体に燃焼流れ数値解析プログラム1aを記憶させておき、この記録媒体から直接読み出して実行してもよい。また、外部サーバ等からクラウドコンピューティング方式やASP(application service provider)方式等で利用してもよい。   In addition, the utilization form of the combustion flow numerical analysis program 1a is not restricted to the said structure. For example, the combustion flow numerical analysis program 1a may be stored in a non-transitory recording medium readable by the computer 1, such as a CD-ROM or a USB memory, and read directly from the recording medium and executed. . Moreover, you may utilize by a cloud computing system, ASP (application service provider) system, etc. from an external server.

演算処理手段5は、CPU(Central Processing Unit)等から構成されており、記憶手段4にインストールされた燃焼流れ数値解析プログラム1aを実行させることにより、図1に示すように、化学反応条件データベース作成手段6、瞬時・局所保存スカラー量取得手段7、瞬時・局所化学反応条件算出手段8、瞬時・局所物性値算出手段9および燃焼流れ解析手段10としてコンピュータ1を機能させるようになっている。以下、演算処理手段5の各構成部について説明する。   The arithmetic processing means 5 is composed of a CPU (Central Processing Unit) or the like, and creates a chemical reaction condition database as shown in FIG. 1 by executing a combustion flow numerical analysis program 1a installed in the storage means 4. The computer 1 is made to function as the means 6, the instantaneous / local storage scalar quantity acquisition means 7, the instantaneous / local chemical reaction condition calculation means 8, the instantaneous / local physical property value calculation means 9, and the combustion flow analysis means 10. Hereinafter, each component of the arithmetic processing means 5 will be described.

化学反応条件データベース作成手段6は、燃料、酸化剤およびそれらを混合した燃焼混合気における各化学組成に基づいて設定される複数の保存スカラー量を用いて、化学反応条件を取得し、その化学反応条件を記憶手段4の化学反応条件データベース42に保存するものである。   The chemical reaction condition database creation means 6 acquires chemical reaction conditions by using a plurality of stored scalar quantities set based on the respective chemical compositions in the fuel, the oxidant, and the combustion mixture obtained by mixing them, and the chemical reaction The conditions are stored in the chemical reaction condition database 42 of the storage means 4.

本実施形態における化学反応条件は、後述する瞬時・局所物性値算出手段9において、燃焼反応の非平衡状態を表す指標スカラー量Gに基づき燃焼場における瞬時かつ局所の物性値を算出可能とするため、熱平衡状態の温度、熱平衡状態の密度および質量燃焼速度が含まれている。なお、化学反応条件は、熱平衡状態の温度、熱平衡状態の密度および質量燃焼速度に限定されるものではなく、必要に応じて化学種分率等が含まれていてもよい。   The chemical reaction conditions in the present embodiment are such that instantaneous and local physical property values in the combustion field can be calculated based on the index scalar quantity G representing the non-equilibrium state of the combustion reaction in the instantaneous / local physical property value calculating means 9 described later. , Thermal equilibrium temperature, thermal equilibrium density and mass burning rate. The chemical reaction conditions are not limited to the temperature in the thermal equilibrium state, the density in the thermal equilibrium state, and the mass combustion rate, and may include a chemical species fraction and the like as necessary.

本実施形態における化学反応条件データベース作成手段6は、図1に示すように、保存スカラー量設定部61と、保存スカラー量組合せ設定部62と、化学反応条件取得部63と、データベース作成部64とを有する。   As shown in FIG. 1, the chemical reaction condition database creation means 6 in this embodiment includes a stored scalar quantity setting unit 61, a saved scalar quantity combination setting unit 62, a chemical reaction condition acquisition unit 63, and a database creation unit 64. Have

保存スカラー量設定部61は、複数の保存スカラー量を設定するものである。燃焼反応において一般的に炭素分子、水素分子は酸化され、燃料として働く。そのため混合気体中の炭素Cと水素Hを燃料、酸素Oと窒素Nを酸化剤とみなすと、燃料と酸化剤を流入気体ではなく元素で区別できる。この考えに基づくと、混合気中の燃料の質量分率ξ、混合気体の正規化エンタルピξ、燃料中の炭素の割合ξ、酸化剤中の酸素の割合ξを用いることで一般的な火炎構造を表すことができる。 The storage scalar amount setting unit 61 sets a plurality of storage scalar amounts. In the combustion reaction, carbon molecules and hydrogen molecules are generally oxidized and serve as fuel. Therefore, if carbon C and hydrogen H in the mixed gas are regarded as fuel, and oxygen O and nitrogen N are regarded as oxidants, the fuel and oxidant can be distinguished by elements rather than inflowing gas. Based on this idea, it is common to use the mass fraction ξ of the fuel in the gas mixture, the normalized enthalpy ξ h of the gas mixture, the proportion of carbon in the fuel ξ c , the proportion of oxygen in the oxidizer ξ o A flame structure.

よって、本実施形態では、保存スカラー量として、混合気中の燃料の質量分率ξ、混合気体の正規化エンタルピξ、燃料中の炭素の割合ξ、酸化剤中の酸素の割合ξが設定されている。以下、各保存スカラー量について説明する。 Therefore, in the present embodiment, as the stored scalar quantity, the fuel mass fraction ξ in the gas mixture, the normalized enthalpy ξ h of the gas mixture, the carbon ratio ξ c , and the oxygen ratio ξ o in the oxidant Is set. Hereinafter, each storage scalar amount will be described.

混合気中の燃料の質量分率ξは、燃料に含まれる炭素Cおよび水素Hの質量保存則に基づき設定されるものであり、燃料に含まれる炭素Cの質量分率Zと、燃料に含まれる水素Hの質量分率Zとの和により、以下の式(1)により表される。
・・・式(1)
また、燃料の質量分率ξをξ=Z+Z=Zとして置き換えると、燃料の質量分率ξの保存方程式は、以下の(2)により表される。
・・・式(2)
The mass fraction ξ of the fuel in the mixture is set based on the law of conservation of mass of carbon C and hydrogen H contained in the fuel. The mass fraction Z C of carbon C contained in the fuel and the fuel the sum of the mass fraction Z H hydrogen H included, it is represented by the following formula (1).
... Formula (1)
When the fuel mass fraction ξ is replaced by ξ = Z C + Z H = Z, the conservation equation of the fuel mass fraction ξ is expressed by the following (2).
... Formula (2)

このとき、混合気中の燃料の質量分率ξは以下の式(3)に示す範囲で定義される。
・・・式(3)
これにより、混合気中の燃料の質量分率ξは、以下の式(4)および式(5)の制限が設けられる。
のとき
・・・式(4)
のとき
・・・式(5)
At this time, the mass fraction ξ of the fuel in the air-fuel mixture is defined within the range shown in the following equation (3).
... Formula (3)
As a result, the mass fraction ξ of the fuel in the air-fuel mixture is limited by the following formulas (4) and (5).
When
... Formula (4)
When
... Formula (5)

混合気体の正規化エンタルピξは、エンタルピの基準値h、h(h>h)を用いて無次元化された、以下の式(6)により表される。
・・・式(6)
また、エンタルピhの簡略化された保存方程式は、以下の式(7)により表される。
・・・式(7)
The normalized enthalpy ξ h of the mixed gas is expressed by the following equation (6) that is made dimensionless by using the enthalpy reference values h l and h h (h l > h h ).
... Formula (6)
The simplified conservation equation of enthalpy h is expressed by the following equation (7).
... Formula (7)

このとき、混合気体の正規化エンタルピξの最大値をξh,max、最小値をξh,minとすると、混合気体の正規化エンタルピξは、以下の式(8)に示す範囲で定義される。
・・・式(8)
これにより、混合気体の正規化エンタルピξは、以下の式(9)および式(10)の制限が設けられる。
のとき
・・・式(9)
のとき
・・・式(10)
At this time, assuming that the maximum value of the normalized enthalpy ξ h of the mixed gas is ξ h, max and the minimum value is ξ h, min , the normalized enthalpy ξ h of the mixed gas is within the range shown in the following equation (8). Defined.
... Formula (8)
Thereby, the normalization enthalpy ξ h of the mixed gas is provided with the restrictions of the following expressions (9) and (10).
When
... Formula (9)
When
... Formula (10)

燃料中の炭素割合ξは、混合気中の燃料の質量分率ξと燃料中の炭素Cの質量分率Zとの比として、以下の式(11)により表される。
・・・式(11)
また、燃料中の炭素割合Zの保存方程式は、以下の式(12)により表される。
・・・式(12)
The carbon ratio ξ c in the fuel is expressed by the following formula (11) as a ratio of the mass fraction ξ of the fuel in the air-fuel mixture and the mass fraction Z c of the carbon C in the fuel.
... Formula (11)
Further, conservation equations carbon ratio Z c in the fuel is represented by the following equation (12).
... Formula (12)

このとき、燃料の組成によって決まる燃料中の炭素割合ξの最大値をξc,max、最小値をξc,minとすると、燃料中の炭素割合ξは以下の式(13)に示す範囲で定義される。
・・・式(13)
これにより、燃料中の炭素割合ξは、以下の式(14)および式(15)の制限が設けられる。
のとき
・・・式(14)
のとき
・・・式(15)
At this time, if the maximum value of the carbon ratio ξ c in the fuel determined by the fuel composition is ξ c, max and the minimum value is ξ c, min , the carbon ratio ξ c in the fuel is expressed by the following equation (13). Defined by range.
... Formula (13)
As a result, the carbon ratio ξ c in the fuel is limited by the following equations (14) and (15).
When
... Formula (14)
When
... Formula (15)

酸化剤中の酸素の割合ξは、酸化剤である酸素と窒素の質量分率の和であるZ+Z(=1−ξ)と、酸素の質量分率Zとの比として、以下の式(16)により表される。
・・・式(16)
また、酸素の質量分率Zの保存方程式は、以下の式(17)により表される。
・・・式(17)
The ratio ξ o of oxygen in the oxidant is expressed as a ratio of Z O + Z N (= 1−ξ), which is the sum of the mass fractions of oxygen and nitrogen, which are oxidizers, and the mass fraction of oxygen, Z O. It is represented by the following formula (16).
... Formula (16)
Further, the conservation equation of the mass fraction Z 2 O of oxygen is expressed by the following equation (17).
... Formula (17)

このとき、燃料の組成によって決まる酸化剤中の酸素割合ξの最大値をξO,max、最小値をξO,minとすると、酸化剤中の酸素の割合ξは以下の式(18)に示す範囲で定義される。
・・・式(18)
これにより、酸化剤中の酸素割合ξは、以下の式(19)および式(20)の制限が設けられる。
のとき
・・・式(19)
のとき
・・・式(20)
At this time, assuming that the maximum value of the oxygen ratio ξ O in the oxidizer determined by the fuel composition is ξ O, max and the minimum value is ξ O, min , the oxygen ratio ξ o in the oxidizer is expressed by the following equation (18 ).
... Formula (18)
Thereby, the oxygen ratio ξ o in the oxidizing agent is limited by the following formulas (19) and (20).
When
... Formula (19)
When
... Formula (20)

なお、式(2)、式(7)、式(12)および式(17)における、μは粘性係数を、σは各化学種の拡散係数が等しいと仮定した場合のシュミット数を、Prはプラントル数をそれぞれ表している。 In Equation (2), Equation (7), Equation (12), and Equation (17), μ is the viscosity coefficient, σ Z is the Schmitt number when the diffusion coefficient of each chemical species is assumed to be equal, Pr Represents the Prandtl number.

次に、保存スカラー量組合せ設定部62は、保存スカラー量設定部61で設定された複数の保存スカラー量のうち、所定の数の保存スカラー量の値による任意の組み合わせを設定するためのものである。本実施形態では、水素HとメタンCHとからなる、異なる組成の燃料が複数の燃料供給口から流入し、また、これらの各組成が時間変化する断熱燃焼場を仮定している。そこで、燃料の各化学組成に基づいて設定された混合気中の燃料の質量分率ξと、燃料中の炭素割合ξとを用いる。 Next, the saved scalar quantity combination setting unit 62 is for setting an arbitrary combination based on a predetermined number of saved scalar quantity values among the plurality of saved scalar quantities set by the saved scalar quantity setting unit 61. is there. In the present embodiment, it is assumed that a fuel with different compositions composed of hydrogen H 2 and methane CH 4 flows from a plurality of fuel supply ports, and that each of these compositions changes over time. Therefore, the fuel mass fraction ξ in the air-fuel mixture set based on each chemical composition of the fuel and the carbon ratio ξ c in the fuel are used.

また、保存スカラー量組合せ設定部62において、本実施形態における設定された保存スカラー量の任意の組み合わせは、燃焼条件の範囲内で想定される式(3)、式(8)、式(13)および式(18)により表される保存スカラー量の値の範囲内で設定される。例えば、図2に示すように、燃焼場と使用される燃料および酸化剤の種類を設定することで、想定される混合気中の燃料の質量分率ξの値の範囲aからaが設定される。 Further, in the stored scalar quantity combination setting unit 62, any combination of the stored scalar quantities set in the present embodiment is an expression (3), an expression (8), an expression (13) assumed within the range of the combustion conditions. And a value within the range of the value of the stored scalar quantity represented by the equation (18). For example, as shown in FIG. 2, by setting the fuel and the type of oxidizing agent used and the combustion field, is a n the range a 1 of the value of the mass fraction ξ of the fuel in air mixture that is assumed Is set.

よって、本実施形態における保存スカラー量組合せ設定部62は、図3に示すように、燃焼条件の範囲内で想定される混合気中の燃料の質量分率ξの値aからaを適当な間隔に分割するとともに、その燃焼条件の範囲内で想定される燃料中の炭素割合ξの値AからAを適当な間隔に分割することで任意の組み合わせを設定している。 Therefore, saving scalar combination setting section 62 in the present embodiment, as shown in FIG. 3, suitably a a n from the value a 1 mass fraction ξ of the fuel in the air-fuel mixture are contemplated within the scope of the combustion conditions with divided into such interval is set to any combination by dividing the value a 1 of the carbon percentage xi] c in the fuel to be contemplated within the scope of the combustion conditions of a m to the appropriate intervals.

なお、保存スカラー量の組み合わせは、数学的に同値である複数の組み合わせ方が可能であり、理論的には解析結果への影響はない。また、2種類の保存スカラー量の組み合わせに限定されるものではなく、3つ以上の保存スカラー量を組み合わせてもよい。   It should be noted that the combinations of the stored scalar quantities can be a plurality of combinations that are mathematically equivalent, and theoretically have no influence on the analysis result. Moreover, it is not limited to the combination of two types of storage scalar amounts, and three or more storage scalar amounts may be combined.

化学反応条件取得部63は、保存スカラー量組合せ設定部62により設定された保存スカラー量の各組み合わせにおける化学反応条件を数値解析により取得するものである。   The chemical reaction condition acquisition unit 63 acquires the chemical reaction condition in each combination of the storage scalar amounts set by the storage scalar amount combination setting unit 62 by numerical analysis.

本実施形態では、前記保存スカラー量組合せ設定部62により設定された混合気中の燃料の質量分率ξの値aからaと燃料中の炭素割合ξの値AからAとの組み合わせに対して、式(1)〜式(21)に基づき、無次元反応計算を行うことにより、化学反応条件である熱平衡状態の温度、熱平衡状態の密度および質量燃焼速度を取得する。 In this embodiment, the value from the A 1 A m carbon ratio xi] c of the storage scalar combination setting section 62 a n and fuel from the values a 1 mass fraction of the fuel in the air-fuel mixture which is set xi] by The dimensionless reaction calculation is performed based on the formulas (1) to (21) for the combination of the above, thereby obtaining the temperature in the thermal equilibrium state, the density in the thermal equilibrium state, and the mass burning rate, which are chemical reaction conditions.

そして、データベース作成部64は、前記化学反応条件取得部63により取得された各組み合わせにおける化学反応条件である熱平衡状態の温度、熱平衡状態の密度および質量燃焼速度を記憶手段4の化学反応条件データベース42に記憶させるものである。   Then, the database creation unit 64 stores the temperature of the thermal equilibrium state, the density of the thermal equilibrium state, and the mass combustion rate, which are the chemical reaction conditions in each combination acquired by the chemical reaction condition acquisition unit 63, in the chemical reaction condition database 42 of the storage unit 4. To remember.

次に、瞬時・局所保存スカラー量取得手段7は、保存スカラー量の保存方程式、式(2)、式(7)、式(12)および式(17)を用いて、瞬時・局所保存スカラー量を数値解析により取得するものである。   Next, the instantaneous / locally stored scalar quantity acquisition means 7 uses the storage scalar quantity storage equation (2), (7), (12), and (17) to calculate the instantaneous / locally stored scalar quantity. Is obtained by numerical analysis.

本実施形態では、燃料中の質量分率ξの保存方程式である式(2)と、燃料中の炭素割合ξの保存運動方程式である式(12)とを連成して、その数値解を求めることにより、瞬時かつ局所の燃料中の質量分率ξおよび瞬時かつ局所の燃料中の炭素割合ξを取得するようになっている。 In this embodiment, Equation (2), which is a conservation equation for the mass fraction ξ in fuel, and Equation (12), which is a conservation equation for the carbon fraction ξ c in the fuel, are coupled and numerically solved. Is obtained, the instantaneous and local mass fraction ξ in the fuel and the instantaneous and local carbon fraction ξ c are obtained.

次に、瞬時・局所化学反応条件算出手段8は、前記化学反応条件データベース42に記憶された化学反応条件および前記瞬時・局所保存スカラー量を用いて瞬時・局所化学反応条件を算出するものである。   Next, the instantaneous / local chemical reaction condition calculation means 8 calculates the instantaneous / local chemical reaction condition using the chemical reaction condition stored in the chemical reaction condition database 42 and the instantaneous / local stored scalar quantity. .

例えば、図4に示すように、瞬時・局所保存スカラー量取得手段7により取得された瞬時かつ局所の燃料の質量分率ξおよび瞬時かつ局所の燃料中の炭素割合ξの組み合わせが(a,A)であった場合、その組み合わせ(a,A)に近傍する化学反応条件データベース42に記憶された燃料の質量分率ξと燃料中の炭素割合ξの4つの組み合わせ(a,A)、(a,Az+1)、(ay+1,A)、(ay+1,Az+1)における化学反応条件を取得し、その4つの組み合わせと瞬時・局所の組み合わせとの差分等から瞬時・局所化学反応条件を算出するようになっている。 For example, as shown in FIG. 4, the combination of the instantaneous and local fuel mass fraction ξ acquired by the instantaneous / locally stored scalar quantity acquiring means 7 and the carbon fraction ξ c in the instantaneous and local fuel is (a x , A x ), four combinations of the fuel mass fraction ξ and the carbon fraction ξ c in the fuel stored in the chemical reaction condition database 42 close to the combination (a x , A x ) (a y , A z ), (a y , A z + 1 ), (a y + 1 , A z ), (a y + 1 , A z + 1 ) chemical reaction conditions are acquired, and the difference between the four combinations and the instantaneous / local combination The instantaneous and local chemical reaction conditions are calculated from the above.

これにより、化学反応条件、例えば、温度、密度および質量分率は、瞬時かつ局所の燃料の質量分率ξおよび瞬時かつ局所の燃料中の炭素割合ξの関数として、以下の式(21)により表される。
,
,
・・・式(21)
Thereby, the chemical reaction conditions, eg temperature, density and mass fraction, are expressed as the following equation (21) as a function of the instantaneous and local fuel mass fraction ξ and the carbon fraction ξ c in the instantaneous and local fuel: Is represented by
,
,
... Formula (21)

なお、瞬時・局所保存スカラー量取得手段7により取得された瞬時・局所保存スカラー量に対する瞬時・局所化学反応条件の算出方法は上述した方法に限定されるものではなく、例えば、取得された瞬時・局所保存スカラー量に最も近い保存スカラー量の組み合わせにおける化学反応条件を瞬時・局所化学条件としてもよい。   Note that the method for calculating the instantaneous / local chemical reaction condition for the instantaneous / locally stored scalar quantity acquired by the instantaneous / locally stored scalar quantity acquiring means 7 is not limited to the above-described method. The chemical reaction condition in the combination of the stored scalar quantities closest to the locally stored scalar quantity may be the instantaneous / local chemical condition.

また、本実施形態における化学反応条件データベース作成手段6、瞬時・局所保存スカラー量取得手段7および瞬時・局所化学反応条件算出手段8は、特許文献1に記載の発明における、化学反応条件データベース作成手段、瞬時・局所保存スカラー変数取得手段および瞬時・局所化学反応条件算出手段と基本的に同じプログラムコードが適用できるため、特許文献1に記載の発明の汎用性を継承することができる。   Further, the chemical reaction condition database creation means 6, the instantaneous / local stored scalar quantity acquisition means 7 and the instantaneous / local chemical reaction condition calculation means 8 in the present embodiment are the chemical reaction condition database creation means in the invention described in Patent Document 1. Since the same program code can be applied to the instantaneous / locally stored scalar variable acquisition means and the instantaneous / local chemical reaction condition calculation means, the versatility of the invention described in Patent Document 1 can be inherited.

次に、瞬時・局所物性値算出手段9は、燃焼反応の非平衡状態を表す指標スカラー量の保存方程式および前記瞬時・局所化学反応条件を用いて瞬時・局所物性値を算出するものである。以下、指標スカラー量について説明する。   Next, the instantaneous / local physical property value calculating means 9 calculates the instantaneous / local physical property value using the conservation equation of the index scalar quantity representing the non-equilibrium state of the combustion reaction and the instantaneous / local chemical reaction condition. Hereinafter, the index scalar quantity will be described.

指標スカラー量とは、燃焼反応の非平衡状態を表すものである。本実施形態におけるスカラー量は、図5に示すように、火炎の状態を指標スカラー量Gと表し、予混合火炎の火炎面の位置をG=G=0.5として、G>Gを既燃気体側、G<Gを未燃気体側と定義して燃焼反応の非平衡状態を表している。このとき指標スカラー量Gは、以下の式(22)により表される。
・・・式(22)
ここで、Tは未燃の気体温度を表し、Tは既燃の気体温度を表す。
The index scalar quantity represents a non-equilibrium state of the combustion reaction. As shown in FIG. 5, the scalar amount in the present embodiment represents the state of the flame as an index scalar amount G, the position of the flame surface of the premixed flame is G = G 0 = 0.5, and G> G 0 already燃気side represents a non-equilibrium state defined by a combustion reaction with the G <G 0 not燃気side. At this time, the index scalar quantity G is expressed by the following equation (22).
... Formula (22)
Here, T u represents the unburned gas temperature, and T b represents the burned gas temperature.

また、予混合火炎面G=Gの移動現象を表現する方程式はG方程式として、以下の式(23)により表される。
・・・式(23)
ここで、ρは未燃気体の密度、Sは予混合火炎面が燃焼反応による予混合火炎の消費によって未燃側から既燃側へ移動する速度、いわゆる層流燃焼速度を表す。また、式(23)の左辺第2項は予混合気の流動による火炎面の移流現象を表し、右辺は予混合燃焼により火炎が層流燃焼速度Sで移動する火炎伝播現象を表している。
Further, the equation representing the movement behavior of the premixed flame front G = G 0 as G equations are expressed by the following equation (23).
... Formula (23)
Here, [rho u is the density of the non燃気body, S L is the speed of moving from the non-燃側to already燃側premixed flame front by the consumption of premixed flame by combustion reaction, represents a so-called laminar burning velocity. Also, the left side second term of equation (23) represents the advection phenomena of the flame front by the flow of the premixed gas, the right side represents the flame propagation phenomenon flame by premixed combustion is moved in a laminar flow combustion speed S L .

ただし、このモデルでは予混合火炎はG=Gの非常に薄い領域にのみ存在し、火炎厚みは非常に薄いと定義したモデルであるが、実際の火炎は数ミリメートルオーダーの厚さを持っている。よって、本実施形態では、指標スカラー量Gの保存方程式として、火炎厚みを考慮した以下の式(24)を用いる。
・・・式(24)
ここで、Cは定圧比熱である。また、層流燃焼速度Sの代わりにSという物理量を用いる。このSは火炎厚み中に分布を持つ局所燃焼速度と呼ばれる物理量であり、以下の式(25)により表される。
・・・式(25)
However, in this model premixed flame is present only in a very thin region of G = G 0, but the flame thickness is model defined as very thin, the actual flame with a thickness of a few millimeters the order Yes. Therefore, in the present embodiment, the following equation (24) considering the flame thickness is used as a conservation equation for the index scalar quantity G.
... Formula (24)
Here, C p is a constant pressure specific heat. Further, a physical quantity S * is used instead of the laminar combustion speed S L. This S * is a physical quantity called a local combustion speed having a distribution in the flame thickness, and is represented by the following equation (25).
... Formula (25)

また、指標スカラー量Gの一次近似モデルは、異なる空燃比、予熱温度に対しても精度よく成り立つ、以下の式(26)により表される。
・・・式(26)
In addition, the first-order approximation model of the index scalar quantity G is expressed by the following equation (26) that can be accurately established for different air-fuel ratios and preheating temperatures.
... Formula (26)

また、後述する実施例2において解析対象としたガスタービン燃焼器では拡散燃焼と予混合燃焼が入り混じっている状態である。よって、式(1)〜式(21)による拡散燃焼モデルと、式(22)〜式(26)による予混合燃焼モデルとを、各々単独で扱うことは適切ではない。そこで本実施形態では、2つのモデルを組み合わせた部分予混合燃焼モデルを用いる。   Further, in the gas turbine combustor to be analyzed in Example 2 to be described later, diffusion combustion and premixed combustion are in a mixed state. Therefore, it is not appropriate to handle the diffusion combustion model according to the equations (1) to (21) and the premixed combustion model according to the equations (22) to (26) independently. Therefore, in this embodiment, a partially premixed combustion model in which two models are combined is used.

予混合燃焼モデルの指標スカラー量GについてはG=0を未燃、G=1を既燃のパラメータとし、拡散燃焼モデルについてはξとξの分布に対して温度、密度、化学種αの質量分率を化学反応条件データベース42から与えることになる。また、未燃、既燃の両状態の結合を最も単純な指標スカラー量Gによる線形結合として仮定する。 For the index scalar quantity G of the premixed combustion model, G = 0 is unburned and G = 1 is the burned parameter, and for the diffusion combustion model, the temperature, density, and chemical species α are related to the distribution of ξ and ξ c . The mass fraction is given from the chemical reaction condition database 42. In addition, a combination of both unburned and burned states is assumed to be a linear combination with the simplest index scalar quantity G.

以上より、2つのモデルを組み合わせることにより式(21)に表した質量分率、温度、密度については、指標スカラー量Gの調和平均として、以下の式(27)〜式(29)により表される。
・・・式(27)
・・・式(28)
・・・式(29)
From the above, the mass fraction, temperature, and density expressed in the equation (21) by combining the two models are expressed by the following equations (27) to (29) as the harmonic average of the index scalar quantity G. The
... Formula (27)
... Formula (28)
... Formula (29)

本実施形態における瞬時・局所物性値算出手段9は、指標スカラー量Gの保存方程式である式(24)を数値解析により瞬時かつ局所の指標スカラー量Gを取得するとともに、代数式(27)〜(29)に当該瞬時・局所の指標スカラー量Gと、瞬時・局所保存スカラー量取得手段7により取得された瞬時・局所保存スカラー量とを代入することにより、瞬時かつ局所の温度、密度およびその他の必要な物性値を算出する。   The instantaneous / local physical property value calculation means 9 in the present embodiment acquires the instantaneous and local index scalar quantity G by numerical analysis of the equation (24), which is a conservation equation for the index scalar quantity G, and also includes algebraic expressions (27) to (27) 29) by substituting the instantaneous / local index scalar quantity G and the instantaneous / local stored scalar quantity acquired by the instantaneous / local stored scalar quantity acquisition means 7 into 29), the instantaneous and local temperature, density and other Calculate the necessary physical properties.

なお、指標スカラー量は、上述したG方程式に基づくものに限定されるものではなく、例えば、本願の発明者により報告された文献(大島伸行,”An extensional formulation for a diffusive solution of the level-set equation by considering a relation to the scalar conservation equation”、Mechanical Engineering Letters、Vol. 2 (2016) p. 16-00220、[online]、 平成28年4月21日、一般社団法人日本機械学会、[平成28年5月2日検索]、<URL:https://www.jstage.jst.go.jp/article/mel/2/0/2_16-00220/_article>)に示す、いわゆるレベルセット法等を用いてもよい。   The index scalar quantity is not limited to that based on the above-mentioned G equation. For example, a document (Noboru Oshima, “An extensional formulation for a diffusive solution of the level-set” equation by considering a relation to the scalar conservation equation ”, Mechanical Engineering Letters, Vol. 2 (2016) p. 16-00220, [online], April 21, 2016, The Japan Society of Mechanical Engineers, [2016 Search on May 2, 2009], <URL: https://www.jstage.jst.go.jp/article/mel/2/0/2_16-00220/_article>) May be.

次に、燃焼流れ解析手段10は、前記瞬時・局所化学反応条件および前記瞬時・局所物性値を用いて前記燃料、前記酸化剤および前記燃焼混合気の燃焼を伴う流れを数値解析するものである。   Next, the combustion flow analysis means 10 numerically analyzes the flow accompanying combustion of the fuel, the oxidant, and the combustion mixture using the instantaneous / local chemical reaction conditions and the instantaneous / local physical property values. .

本実施形態においては、流れを解析する解析方法として、ラージ・エディ・シミュレーション(Large eddy simulation:LES)法が用いられている。このラージ・エディ・シミュレーション法は、乱流渦を空間的に平均化する処理を施した乱流モデルによるシミュレーションである。   In this embodiment, a large eddy simulation (LES) method is used as an analysis method for analyzing a flow. This large eddy simulation method is a simulation based on a turbulent flow model in which turbulent vortices are spatially averaged.

低Mach数近似を適用した非圧縮性流体の質量保存則、運動量保存則に空間フィルタを施したラージ・エディ・シミュレーション法の基礎方程式は以下の式(30)および式(31)により表される。
・・・式(30)
・・・式(31)
ここで、ρは混合気の密度、xは直交座標系における空間座標(i=1,2,3)、uは混合気のi方向の速度、μは粘性係数である。また、上付の−は空間平均、上付の〜は空間ファブル平均(「密度重み平均」ともいう)を表し、添字のSGSは空間平均以下の変動影響を表すサブグリッドスケールモデル定数を表している。
The basic equations of the large eddy simulation method in which the low-Mach number approximation is applied to the mass conservation law and momentum conservation law of the incompressible fluid and the spatial filter is applied are expressed by the following equations (30) and (31). .
... Formula (30)
... Formula (31)
Here, [rho is the density of the mixture, the x i spatial coordinates in the orthogonal coordinate system (i = 1, 2, 3), the u i rate of the i direction of the mixture, mu is the viscosity coefficient. The superscript-indicates the spatial average, the superscript-indicates the spatial fable average (also referred to as “density weight average”), and the subscript SGS indicates the sub-grid scale model constant representing the fluctuation effect below the spatial average. Yes.

また、SGS乱流モデルには標準Smagorinskyモデルを用いた。このモデルは、次の式(32)のように表される。
,
,
・・・式(32)
ここで、CはSmagorinsky定数、Δは空間フィルタ幅(解析格子幅)、上付の〜を有するSijはひずみテンソルである。
A standard Smagorinsky model was used as the SGS turbulence model. This model is expressed as the following equation (32).
,
,
... Formula (32)
Here, C s is a Smagorinsky constant, Δ is a spatial filter width (analysis grid width), and S ij having superscript “˜” is a strain tensor.

また、燃料と酸化剤の混合分率を表すZの保存方程式である式(2)は、以下の式(33)のように表される。
・・・式(33)
ここで、σZ,SGSは乱流シュミット数に相当するパラメータである。
Further, the equation (2), which is a conservation equation of Z representing the mixing fraction of the fuel and the oxidant, is expressed as the following equation (33).
... Formula (33)
Here, σ Z and SGS are parameters corresponding to the turbulent Schmidt number.

さらに、燃料に含まれる炭素Cの質量分率Zの保存方程式である式(12)は、以下の式(34)のように表される。
・・・式(34)
Furthermore, the equation (12), which is a conservation equation for the mass fraction Z C of carbon C contained in the fuel, is expressed as the following equation (34).
... Formula (34)

また、指標スカラー量Gの保存方程式である式(24)は、以下の式(35)のように表される。
・・・式(35)
ここで、σは指標スカラー量Gを無次元温度とみなした場合、乱流プラントル数に相当するパラメータである。
Further, the equation (24) which is a conservation equation of the index scalar quantity G is expressed as the following equation (35).
... Formula (35)
Here, σ G is a parameter corresponding to the turbulent Prandtl number when the index scalar quantity G is regarded as a dimensionless temperature.

また、本実施形態では、上記の式(35)の右辺第二項は、勾配拡散モデルである以下の式(36)を用いた。
・・・式(36)
In the present embodiment, the following equation (36), which is a gradient diffusion model, is used as the second term on the right side of equation (35).
... Formula (36)

さらに、上記の式(35)の右辺第一項の局所乱流燃焼速度Sは、上記の式(26)に基づき、以下の式(37)により表される。
・・・式(37)
つまり、式(37)は、SGS乱流燃焼速度SSGSに対してLESの空間フィルタリングにより粗視化されたGS火炎面の面積において、SGSの変形により実際の火炎面積が増大する影響を考慮するためのものである。
Furthermore, the local turbulent combustion speed S * of the first term on the right side of the above equation (35) is expressed by the following equation (37) based on the above equation (26).
... Formula (37)
That is, equation (37) takes into account the effect that the actual flame area increases due to the deformation of the SGS in the area of the GS flame surface coarse-grained by the spatial filtering of LES with respect to the SGS turbulent combustion velocity S SGS . Is for.

本実施形態では、SGS乱流燃焼速度モデルとして、以下の式(38)および式(39)を用いた。
,
・・・式(38)
,
・・・式(39)
また、SSGS/Sの制限値は、以下の式(40)のように表される。
・・・式(40)
In the present embodiment, the following equations (38) and (39) are used as the SGS turbulent combustion velocity model.
,
... Formula (38)
,
... Formula (39)
Further, the limit value of S SGS / S L is expressed as the following formula (40).
... Formula (40)

また、指標スカラー量Gを考慮した質量分率、温度、密度を表す上記の式(27)〜式(29)については、以下の式(41)〜式(43)のように表される。
・・・式(41)
・・・式(42)
・・・式(43)
Further, the above formulas (27) to (29) representing the mass fraction, temperature, and density in consideration of the index scalar quantity G are represented as the following formulas (41) to (43).
... Formula (41)
... Formula (42)
... Formula (43)

本実施形態における燃焼流れ解析手段10は、上記式(30)〜式(43)をラージ・エディ・シミュレーション法に基づき数値解析することにより、流れの計算を行っている。   The combustion flow analysis means 10 in the present embodiment calculates the flow by numerically analyzing the above equations (30) to (43) based on the large eddy simulation method.

なお、燃焼流れ解析手段10は、ラージ・エディ・シミュレーション法によるものに限定されるものではなく、モデルを用いずに直接ナビエストークス方程式を解くDNS法(Direct Numerical Simulation)や、レイノルズ平均モデルといった他のモデルを用いる方法等から適宜選択することができる。   The combustion flow analysis means 10 is not limited to the one based on the large eddy simulation method, but includes other methods such as the DNS method (Direct Numerical Simulation) for directly solving the Navier-Stokes equations without using a model, and the Reynolds average model. It is possible to appropriately select from a method using the model.

次に、本実施形態の燃焼流れ数値解析プログラム1aにおける各構成の作用および燃焼流れ数値解析方法について、図6に示す各構成の機能を示す機能ブロック図および図7に示すフローチャートを用いて説明する。   Next, the operation of each component in the combustion flow numerical analysis program 1a of this embodiment and the combustion flow numerical analysis method will be described with reference to the functional block diagram showing the function of each component shown in FIG. 6 and the flowchart shown in FIG. .

図7に示すように、まず、化学反応条件データベース作成手段6が、保存スカラー量を用いて化学反応条件を数値解析により取得し、記憶手段4内に記憶させて化学反応条件データベース42を作成する(ステップS1)。以下、図8を用いて、本実施形態における化学反応条件データベース作成手段6による化学反応条件データベース42の作成手順を説明する。   As shown in FIG. 7, first, the chemical reaction condition database creation means 6 acquires the chemical reaction conditions by numerical analysis using the stored scalar quantity, and stores the chemical reaction conditions in the storage means 4 to create the chemical reaction condition database 42. (Step S1). Hereinafter, the creation procedure of the chemical reaction condition database 42 by the chemical reaction condition database creation means 6 in the present embodiment will be described with reference to FIG.

化学反応条件データベース作成手段6の保存スカラー量設定部61は、式(1)に示す混合気中の燃料の質量分率ξ、式(6)に示す混合気体の正規化エンタルピξ、式(11)に示す燃料中の炭素の割合ξ、式(16)に示す酸化剤中の酸素の割合ξの4種類の保存スカラー量を設定する(ステップS11)。本実施形態では、この4種類の保存スカラー量を設定することにより、一般的な火炎の構造を表すことができる。 The stored scalar quantity setting unit 61 of the chemical reaction condition database creating means 6 includes a mass fraction ξ of the fuel in the gas mixture shown in the equation (1), a normalized enthalpy ξ h of the gas mixture shown in the equation (6), an equation ( Four kinds of stored scalar quantities are set, ie, the ratio of carbon in fuel ξ c shown in 11) and the ratio of oxygen in oxidant ξ o shown in equation (16) (step S11). In the present embodiment, a general flame structure can be represented by setting these four types of stored scalar quantities.

次に、保存スカラー量組合せ設定部62が、混合気中の燃料の質量分率ξおよび燃料中の炭素の割合ξの2種類の保存スカラー量の値の任意の組み合わせを設定する(ステップS12)。具体的には、図3に示すように、燃焼条件に基づき混合気中の燃料の質量分率ξの値として想定しうるaからaを分割するとともに、燃料中の炭素の割合ξの値として想定しうるAからAを分割し、それらの組み合わせとして設定する。 Next, the stored scalar quantity combination setting unit 62 sets an arbitrary combination of two types of stored scalar quantity values, that is, the fuel mass fraction ξ in the air-fuel mixture and the carbon ratio ξ c in the fuel (step S12). ). Specifically, as shown in FIG. 3, with dividing the a n from conceivable a 1 as the value of the mass fraction xi] of the fuel in the air-fuel mixture based on the combustion conditions, the proportion of carbon in the fuel xi] c of dividing the a m from a 1 assumable as the value is set as a combination thereof.

次に、化学反応条件取得部63が、保存スカラー量組合せ設定部62により設定された混合気中の燃料の質量分率ξおよび燃料中の炭素の割合ξの各組み合わせにおける熱平衡状態の温度、熱平衡状態の密度および質量燃焼速度を含む化学反応条件を、式(1)〜式(21)に基づき、無次元反応計算を行うことにより取得する(ステップS13)。本実施形態では、化学反応条件として熱平衡状態の密度および質量燃焼速度を含めたため、瞬時・局所物性値算出手段9における指標スカラー量Gの計算が可能となる。 Next, the chemical reaction condition acquisition unit 63 sets the temperature in the thermal equilibrium state in each combination of the fuel mass fraction ξ and the carbon ratio ξ c in the fuel mixture set by the storage scalar quantity combination setting unit 62, The chemical reaction conditions including the density and mass burning rate in the thermal equilibrium state are acquired by performing dimensionless reaction calculation based on the equations (1) to (21) (step S13). In this embodiment, since the density and mass combustion rate in the thermal equilibrium state are included as the chemical reaction conditions, it is possible to calculate the index scalar quantity G in the instantaneous / local physical property value calculation means 9.

そして、データベース作成部64が、前記化学反応条件取得部63により取得された各組み合わせにおける化学反応条件を記憶手段4の化学反応条件データベース42に記憶させる(ステップS14)。混合気中の燃料の質量分率ξおよび燃料中の炭素の割合ξの各組み合わせにおける化学反応条件データベース42の作成が終了したら、次のステップへと進む(return)。 And the database preparation part 64 memorize | stores the chemical reaction condition in each combination acquired by the said chemical reaction condition acquisition part 63 in the chemical reaction condition database 42 of the memory | storage means 4 (step S14). When the creation of the chemical reaction condition database 42 for each combination of the fuel mass fraction ξ and the carbon ratio ξ c in the fuel mixture is completed, the process proceeds to the next step (return).

瞬時・局所保存スカラー量取得手段7は、混合気中の燃料の質量分率ξおよび燃料中の炭素の割合ξの保存方程式を連成して、その数値解を求めることにより、瞬時かつ局所の混合気中の燃料の質量分率ξおよび瞬時かつ局所の燃料中の炭素の割合ξを取得する(ステップS2)。 The instantaneous / locally stored scalar quantity acquisition means 7 combines the conservation equation of the mass fraction ξ of the fuel in the gas mixture and the ratio ξ c of the carbon in the fuel, and obtains a numerical solution thereof to obtain the instantaneous and local The mass fraction ξ of the fuel in the gas mixture and the carbon fraction ξ c in the instantaneous and local fuel are obtained (step S2).

そして、瞬時・局所化学反応条件算出手段8が、図6に示すように、瞬時・局所保存スカラー量取得手段7から瞬時かつ局所の混合気中の燃料の質量分率ξおよび瞬時かつ局所の燃料中の炭素の割合ξを取得するとともに、それらの瞬時・局所保存スカラー量の組み合わせに近傍する混合気中の燃料の質量分率ξおよび燃料中の炭素の割合ξの組み合わせの化学反応条件を化学反応条件データベース42から読み出し、読み出された化学反応条件に基づいて瞬時・局所化学反応条件を算出する(ステップS3)。 Then, as shown in FIG. 6, the instantaneous / local chemical reaction condition calculation means 8 receives the mass fraction ξ of the fuel in the instantaneous and local mixture from the instantaneous / local storage scalar quantity acquisition means 7 and the instantaneous and local fuel. obtains the ratio xi] c of carbon in the chemical reaction conditions to their instantaneous-local storage scalar combination of the mass fraction xi] and the fuel of the fuel in air-fuel mixture near the the percentage xi] c carbon combination Are read from the chemical reaction condition database 42, and instantaneous and local chemical reaction conditions are calculated based on the read chemical reaction conditions (step S3).

次に、瞬時・局所物性値算出手段9が、指標スカラー量Gの保存方程式を数値解析することにより瞬時かつ局所の指標スカラー量Gを算出する。そして、本実施形態では、当該瞬時・局所の指標スカラー量Gと、瞬時・局所保存スカラー量取得手段7により取得された瞬時・局所保存スカラー量とを式(41)〜(43)に代入することにより、瞬時かつ局所の温度、密度およびその他の必要な物性値を算出する(ステップS4)。このように、本実施形態では、瞬時・局所物性値を指標スカラー量Gの時間発展微分方程式によって解くことができる。   Next, the instantaneous / local physical property value calculating means 9 calculates the instantaneous and local index scalar quantity G by numerically analyzing the conservation equation of the index scalar quantity G. In this embodiment, the instantaneous / local index scalar quantity G and the instantaneous / locally stored scalar quantity acquired by the instantaneous / locally stored scalar quantity acquiring unit 7 are substituted into the equations (41) to (43). Thus, instantaneous and local temperature, density and other necessary physical property values are calculated (step S4). Thus, in the present embodiment, the instantaneous / local physical property value can be solved by the time evolution differential equation of the index scalar quantity G.

そして、燃焼流れ解析手段10では、図6に示すように、瞬時・局所化学反応条件算出手段8から瞬時・局所化学反応条件を取得するとともに、瞬時・局所物性値算出手段9から瞬時・局所物性値を取得する。そして、取得された瞬時・局所化学反応条件および瞬時・局所物性値と、上記式(30)〜式(43)とを用いて、ラージ・エディ・シミュレーション法により、燃焼を伴う流れを数値解析する(ステップS5)。   As shown in FIG. 6, the combustion flow analyzing means 10 acquires the instantaneous / local chemical reaction conditions from the instantaneous / local chemical reaction condition calculating means 8, and the instantaneous / local physical property value calculating means 9 to obtain the instantaneous / local physical reaction conditions. Get the value. Then, using the obtained instantaneous / local chemical reaction conditions and instantaneous / local physical property values and the above formulas (30) to (43), the flow with combustion is numerically analyzed by the large eddy simulation method. (Step S5).

以上のような本実施形態の燃焼流れ数値解析プログラム1aおよび燃焼流れ数値解析方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
1.指標スカラー量Gを用いることにより、燃焼化学反応が非平衡状態の燃焼流れの数値解析を行うことができる。
2.理論値や実験に基づく物性値を使用することなく、指標スカラー量Gの時間発展微分方程式を解くことで物性値を算出することができるため、理論値の入力や実験が不要となり、様々な解析対象への応用が容易になる。
3.特許文献1に記載の発明における汎用性を継承でき、計算負荷やデータ量の増加を抑制することができる。
According to the combustion flow numerical analysis program 1a and the combustion flow numerical analysis method of the present embodiment as described above, the following effects can be obtained.
1. By using the index scalar quantity G, it is possible to perform numerical analysis of the combustion flow in which the combustion chemical reaction is in a non-equilibrium state.
2. Since the physical property value can be calculated by solving the time evolution differential equation of the index scalar quantity G without using the theoretical value or the physical property value based on the experiment, the input of the theoretical value and the experiment become unnecessary, and various analyzes are possible. Application to the target becomes easy.
3. The versatility in the invention described in Patent Document 1 can be inherited, and an increase in calculation load and data amount can be suppressed.

次に、本発明に係る燃焼流れ数値解析プログラムおよび燃焼流れ数値解析方法の具体的な実施例について説明する。なお、本発明の技術的範囲は、以下の実施例によって示される特徴に限定されるものではない。   Next, specific examples of the combustion flow numerical analysis program and the combustion flow numerical analysis method according to the present invention will be described. The technical scope of the present invention is not limited to the features shown by the following examples.

実施例1では、本発明に係る燃焼流れ数値解析プログラムおよび燃焼流れ数値解析方法の実機燃焼器への適用前に、燃料をメタンと水素の混合気とする層流燃焼についてテスト解析を行った。この数値解析は、燃焼流れ数値解析プログラムを実装したコードの動作確認を主な目的として行われた。以下、本実施例1における数値解析条件および数値解析結果について説明する。   In Example 1, a test analysis was performed on laminar combustion in which fuel is a mixture of methane and hydrogen before the combustion flow numerical analysis program and the combustion flow numerical analysis method according to the present invention are applied to an actual combustor. This numerical analysis was performed mainly for the purpose of confirming the operation of the code that implemented the combustion flow numerical analysis program. Hereinafter, numerical analysis conditions and numerical analysis results in the first embodiment will be described.

<解析対象>
解析領域は、図9に示すように、x軸方向が400mm、y軸方向が100mm、z軸方向が5mmの矩形板状の燃焼流動場である。この解析領域は、解析領域全域が六面体立方格子からなる複数個の解析格子により形成されている。前記解析格子の総要素数は10000であり、その総接点数は20402である。
<Object of analysis>
As shown in FIG. 9, the analysis region is a combustion flow field having a rectangular plate shape in which the x-axis direction is 400 mm, the y-axis direction is 100 mm, and the z-axis direction is 5 mm. This analysis region is formed of a plurality of analysis lattices each having a hexahedral cubic lattice throughout the analysis region. The total number of elements of the analysis grid is 10,000, and the total number of contacts is 20402.

<境界条件>
次に、燃焼流動場の境界条件について説明する。図9に示すように、燃焼流動場の一端面は、燃料および酸化剤が流入する流入面(Inlet)であり、この流入面の対称位置にある他端面は流出面(Outlet)である。また、その他の4面は熱および流れの出入りのない断熱壁面である。
<Boundary conditions>
Next, boundary conditions of the combustion flow field will be described. As shown in FIG. 9, one end surface of the combustion flow field is an inflow surface (Inlet) into which fuel and oxidant flow, and the other end surface at a symmetrical position of the inflow surface is an outflow surface (Outlet). The other four surfaces are heat insulating wall surfaces that do not allow heat and flow to enter and exit.

流入面は、複数の流入口から異なる組成のガスが供給される系とするため、下から順に、純燃料を供給するInlet_Fuel、酸化剤として乾き空気を供給するInlet_Air1、燃料と空気とを予め混合させた予混合気を供給するInlet_Premixedおよび乾き空気を供給するInlet_Air2から構成されている。   Inflow surface is a system in which gases of different compositions are supplied from multiple inlets, so in order from the bottom, Inlet_Fuel that supplies pure fuel, Inlet_Air1 that supplies dry air as an oxidizer, and fuel and air are mixed in advance Inlet_Premixed for supplying the premixed air and Inlet_Air2 for supplying dry air.

本実施例1では、下記の表1に示すように、3つの流入条件に基づき数値解析を行った。
(表1)
In Example 1, as shown in Table 1 below, numerical analysis was performed based on three inflow conditions.
(Table 1)

具体的には、以下の通りである。なお、供給されるガスの構成を示すパーセンテージ(%)は、質量流量比である。
ケースAは、Inlet_Fuelから燃料として水素100%、Inlet_Premixedから予混合気として水素100%、Inlet_Air1およびInlet_Air2から酸化剤として乾き空気100%をそれぞれ供給した。
ケースBは、Inlet_Fuelから燃料としてメタン100%、Inlet_Premixedから予混合気としてメタン100%、Inlet_Air1およびInlet_Air2から酸化剤として乾き空気100%をそれぞれ供給した。
ケースCは、Inlet_Fuelから燃料としてメタン50%と水素50%、Inlet_Premixedから予混合気としてメタン100%、Inlet_Air1およびInlet_Air2から酸化剤として乾き空気100%をそれぞれ供給した。
Specifically, it is as follows. The percentage (%) indicating the configuration of the supplied gas is a mass flow rate ratio.
Case A supplied 100% hydrogen as fuel from Inlet_Fuel, 100% hydrogen as premixed gas from Inlet_Premixed, and 100% dry air as oxidant from Inlet_Air1 and Inlet_Air2.
Case B supplied 100% methane as fuel from Inlet_Fuel, 100% methane as premixed gas from Inlet_Premixed, and 100% dry air as oxidant from Inlet_Air1 and Inlet_Air2.
Case C supplied 50% methane and 50% hydrogen as fuel from Inlet_Fuel, 100% methane as premixed gas from Inlet_Premixed, and 100% dry air as oxidant from Inlet_Air1 and Inlet_Air2.

各ケースにおいて、式(11)に基づき算出される燃料中の炭素割合ξは、ケースAにおいてξ=0、ケースBにおいてξ=0.75であり、ケースCにおいてξ=0.35である。つまり、ξ=0のとき水素の質量割合が100%を表し、ξ=0.75のときメタンの質量割合が100%を表している。 In each case, the carbon ratio ξ c in the fuel calculated based on the equation (11) is ξ c = 0 in case A, ξ c = 0.75 in case B, and ξ c = 0. 35. That is, when ξ c = 0, the mass ratio of hydrogen represents 100%, and when ξ c = 0.75, the mass ratio of methane represents 100%.

よって、燃料中の炭素割合ξの範囲は、式(13)に基づくと0≦ξ≦0.75である。また、燃料中の炭素割合ξは、ξc,min =0、ξc,max =0.75であることから、式(14)および式(15)に基づき、0>ξのときξ=0、ξ>0.75のときξ=0.75との制限を設ける。 Therefore, the range of the carbon ratio ξ c in the fuel is 0 ≦ ξ c ≦ 0.75 based on the equation (13). Further, since the carbon ratio ξ c in the fuel is ξ c, min = 0 and ξ c, max = 0.75, based on the equations (14) and (15), when 0> ξ c , ξ When c = 0 and ξ c > 0.75, a limit of ξ c = 0.75 is provided.

断熱壁面は、熱および流れの出入りのない条件とするため、熱勾配および速度勾配のない、いわゆる滑り条件とした。   The heat insulating wall surface was set to a so-called slip condition without a thermal gradient and a velocity gradient in order to prevent heat and flow from entering and exiting.

周囲条件は、下記の表2に示すように、周囲気圧が1.82MPa、燃料温度が298.15K、酸化剤温度が723.15Kである。また、ケースAの燃料が水素100%の場合における燃料密度は0.206kg/mである。同様に、ケースBの燃料がメタン100%の場合における燃料密度は4.855kg/mである。さらに、ケールCの燃料が水素50%およびメタン50%の場合における燃料密度は2.616kg/mである。そして、酸化剤の密度は、21.14kg/mである。
(表2)
As shown in Table 2 below, the ambient conditions are an ambient pressure of 1.82 MPa, a fuel temperature of 298.15 K, and an oxidant temperature of 723.15 K. The fuel density when the fuel in case A is 100% hydrogen is 0.206 kg / m 3 . Similarly, the fuel density when the fuel of case B is 100% methane is 4.855 kg / m 3 . Further, when the fuel of Kale C is 50% hydrogen and 50% methane, the fuel density is 2.616 kg / m 3 . The density of the oxidizer is 21.14 kg / m 3 .
(Table 2)

<化学反応条件データベースの作成>
次に、本実施例1における化学反応条件データベースの作成について説明する。
<Creation of chemical reaction condition database>
Next, the creation of a chemical reaction condition database in Example 1 will be described.

まず、熱平衡状態の温度、熱平衡状態の密度、および層流燃焼速度を混合分率ξと炭素割合ξに対する関数として数値解析により算出する。具体的には、化学反応計算ソフトCHEMKIN-PRO15112[18](Reaction Design(現ANSYS, Inc.)社製)を用いて、式(1)〜式(21)に示す化学平衡モデルの無次元の詳細反応計算を行った。このとき、化学反応における各種の物性値はアメリカガス協会(GRI)によって公開されているデータベースGRI-MECH3.0を使用した。 First, the temperature in the thermal equilibrium state, the density in the thermal equilibrium state, and the laminar flow rate are calculated by numerical analysis as a function of the mixing fraction ξ and the carbon ratio ξ c . Specifically, using chemical reaction calculation software CHEMKIN-PRO15112 [18] (Reaction Design (currently ANSYS, Inc.)), the dimensionless chemical equilibrium model shown in equations (1) to (21) is obtained. Detailed reaction calculations were performed. At this time, a database GRI-MECH3.0 published by the American Gas Association (GRI) was used for various physical property values in chemical reactions.

上述のとおり、ξの最小値はξc,min=0であり、ξの最大値はξc,max=0.75である。よって、温度、密度、および層流燃焼速度の算出は、ξの値が0.05刻みで0から0.75まで、それぞれ16本作成した。前記層流燃焼速度については、数値解析を簡便にするため、層流燃焼速度Sと未燃密度ρとの積である質量燃焼流速として数値解析を行った。 As described above, the minimum value of xi] c is ξ c, min = 0, the maximum value of the xi] c is ξ c, max = 0.75. Therefore, the calculation of temperature, density, and laminar burning velocity was made 16 each from 0 to 0.75 with a value of ξ c in increments of 0.05. For the laminar flow combustion speed, for ease of numerical analysis was carried out numerical analysis as the mass combustion velocity is the product of the laminar flow combustion speed S L and the non燃密degree [rho u.

熱平衡状態の温度、熱平衡状態の密度および質量燃焼速度の数値解析結果を図10〜図16に示す。なお、図13および図14に示すように、密度についてはその逆数である比体積で記載した。   The numerical analysis results of the temperature in the thermal equilibrium state, the density in the thermal equilibrium state, and the mass combustion rate are shown in FIGS. In addition, as shown in FIG. 13 and FIG. 14, it described with the specific volume which is the reciprocal number about a density.

本実施例1における化学反応条件データベースは、ξおよびξの関数とする多項式に近似して後述する燃焼流れの数値解析を行うコンピュータ1の記憶部に記憶させた。各テーブルの間の値は、補間するデータを選択して算出を行う。例えば、ξ=0.33の場合の値は、ξ=0.30とξ=0.35のデータを選択して線形補間される。 The chemical reaction condition database in the first embodiment is stored in the storage unit of the computer 1 that performs numerical analysis of the combustion flow described later by approximating a polynomial as a function of ξ and ξ c . Values between the tables are calculated by selecting data to be interpolated. For example, the value in the case of ξ c = 0.33 is linearly interpolated by selecting data of ξ c = 0.30 and ξ c = 0.35.

<燃焼流れの解析モデル>
燃焼モデルの数値解析には有限体積法を用いた。また、本実施例1における流れの解析は、低流速の層流であることを考慮して、乱流モデルは用いずに流れ場の支配方程式を直接計算するDNS法による数値解析を行った。
<Analysis model of combustion flow>
The finite volume method was used for the numerical analysis of the combustion model. In addition, the flow analysis in Example 1 was performed by the DNS method in which the governing equation of the flow field is directly calculated without using the turbulent flow model in consideration of the low flow laminar flow.

時間刻みを5.0×10−4sとし、時間積分法はEuler陰解法を用いた。運動方程式と保存スカラー量の保存方程式の移流項離散化スキームには1次風上差分を用いた。また、運動量と圧力のカップリングにはSIMPLE法、圧力解法にはICGC法を使用した。 The time increment was 5.0 × 10 −4 s, and the Euler implicit method was used for the time integration method. First-order upwind differences were used for the advection term discretization scheme of the equations of motion and the conserved scalar quantities. The SIMPLE method was used for coupling momentum and pressure, and the ICGC method was used for pressure solution.

<燃焼流れ解析に用いられる物性値>
保存スカラー量ZおよびZの保存方程式の計算の際に用いる層流Schmidt数σはσ=1.0とした。また、指標スカラー量Gの保存方程式の計算の際に用いる層流Prandtl数相当のパラメータσはσ=1.0とした。
<Physical properties used for combustion flow analysis>
The laminar Schmidt number σ z used in the calculation of the conservation equations for the storage scalar quantities Z and Z c was σ z = 1.0. The parameter σ G corresponding to the laminar flow Prandtl number used in the calculation of the conservation equation for the index scalar quantity G was set to σ G = 1.0.

粘性係数については、温度依存性を考慮するため、簡略化輸送係数モデルである以下の式(44)を用いた。
・・・式(44)
ここで、A=2.58×10−5kg/m/s、γ=0.7、T=298Kである。
For the viscosity coefficient, the following equation (44), which is a simplified transport coefficient model, was used in order to consider temperature dependence.
... Formula (44)
Here, A = 2.58 × 10 −5 kg / m / s, γ = 0.7, and T 0 = 298K.

<燃焼流れ解析に用いられたコンピュータ>
本実施例1では、数値解析用のコンピュータとして九州大学情報基盤研究開発センターのHITACHI HA8000-tc/HT210を用いた。当該コンピュータは、2並列計算可能な計算機であり、本実施例1において計算時間は5000ステップ当たり約1時間であった。
<Computer used for combustion flow analysis>
In Example 1, HITACHI HA8000-tc / HT210 of Kyushu University Information Technology Research and Development Center was used as a computer for numerical analysis. The computer is a computer that can perform two parallel calculations. In the first embodiment, the calculation time is about 1 hour per 5000 steps.

<燃焼流れの解析結果>
以下に示す解析結果は、ステップ数50000における瞬時値である。また、図19,図21,図24,図28に示すZ軸断面のプロット取得位置は、図17に示すように、流れ方向に対する中央位置であるx=200mmのy=0mmからy=100mmの位置である。
<Results of combustion flow analysis>
The analysis results shown below are instantaneous values at the number of steps 50000. Further, as shown in FIG. 17, the plot acquisition position of the Z-axis cross section shown in FIGS. 19, 21, 24, and 28 is from the center position with respect to the flow direction of x = 200 mm from y = 0 mm to y = 100 mm. Position.

解析結果として温度分布について説明する。図18は、解析で得られた温度分布である。以下、各分布図においては、色のグラデーションで各値の大小を示している。   The temperature distribution will be described as an analysis result. FIG. 18 shows the temperature distribution obtained by the analysis. Hereinafter, in each distribution diagram, the magnitude of each value is indicated by a color gradation.

図18に示す燃料が水素100%であるケースAと、燃料がメタン100%であるケースBとを比較すると、ケースAはケースBよりも温度の高い領域が広い傾向を示している。つまり、ケースAはケースBよりも既燃領域が広いことを示しており、図23および図24に示された指標スカラー量Gの数値解析結果とも一致する。   When comparing the case A in which the fuel shown in FIG. 18 is 100% hydrogen and the case B in which the fuel is 100% methane, the case A shows a tendency that the region where the temperature is higher than the case B is wider. That is, Case A shows that the burned region is wider than Case B, which is consistent with the numerical analysis results of the index scalar quantity G shown in FIGS.

次に、燃料が水素50%、メタン50%を混合したケースCは、水素100%のケースAと比較すると概ね同じ分布傾向を示しており、メタン100%のケースBと比較すると温度が高い領域は広くなった。   Next, Case C, which is a mixture of 50% hydrogen and 50% methane, shows almost the same distribution tendency as Case A, which is 100% hydrogen, and has a higher temperature than Case B, which is 100% methane. Became wide.

図19に示すZ軸断面におけるY方向の温度分布を見ると、水素100%のケースAと水素50%、メタン50%を混合したケースCは、ここでも概ね同じ分布傾向を示しており、メタン100%のケースBよりも温度は高かった。   Looking at the temperature distribution in the Y direction in the Z-axis cross section shown in FIG. 19, Case A with 100% hydrogen and Case C in which 50% hydrogen and 50% methane are mixed show almost the same distribution tendency here. The temperature was higher than 100% Case B.

次に、図18および図19に示した温度分布と、混合気中の燃料の質量分率ξおよび燃料中の炭素割合ξとの関係について考察する。 Next, the relationship between the temperature distribution shown in FIGS. 18 and 19 and the mass fraction ξ of the fuel in the air-fuel mixture and the carbon ratio ξ c in the fuel will be considered.

図20および図21に示すように、混合気中の燃料の質量分率ξの分布は、ケースA、ケースBおよびケースCの間で大きな差は見られなかった。一方、図11に示すように、熱平衡状態の温度の最大値はξ=0からξ=0.75まで大きな差がないように見えるが、化学反応条件データベースの図12に示すように、拡大図から熱平衡状態の温度を示す混合分率ξの値は、燃料中の炭素割合ξによって異なることがわかる。よって、温度分布に関しては燃料中の炭素割合ξの値によって差が生じると考えられる。 As shown in FIGS. 20 and 21, the distribution of the mass fraction ξ of the fuel in the air-fuel mixture was not significantly different among Case A, Case B, and Case C. On the other hand, as shown in FIG. 11, the maximum value of the temperature of the thermal equilibrium state appears to be no significant difference from xi] c = 0 to xi] c = 0.75, as shown in Figure 12 of the chemical reaction condition database, From the enlarged view, it can be seen that the value of the mixing fraction ξ indicating the temperature in the thermal equilibrium state differs depending on the carbon ratio ξ c in the fuel. Therefore, it is considered that the temperature distribution varies depending on the value of the carbon ratio ξ c in the fuel.

そこで、燃料中の炭素割合ξの分布に関して考察した。図22に示すように、燃料が水素100%のケースAでは、全域でξ=0となっている。一方、燃料がメタン100%であるケースBでは、全域でξ=0.75となっている。また、上述のとおり、燃料が水素50%、メタン50%を混合したケースCでは、Inlet_PremixedとInlet_Fuelから供給された異なる組成の燃料ガスが流れに沿って混合されていく様子が見て取れる。 Therefore, the distribution of the carbon ratio ξ c in the fuel was considered. As shown in FIG. 22, in case A where the fuel is 100% hydrogen, ξ c = 0 over the entire region. On the other hand, in case B where the fuel is 100% methane, ξ c = 0.75 is obtained in the entire region. Further, as described above, in the case C in which the fuel is a mixture of 50% hydrogen and 50% methane, it can be seen that the fuel gases having different compositions supplied from Inlet_Premixed and Inlet_Fuel are mixed along the flow.

化学反応条件データベースの図12に示すように、同じ混合気中の燃料の質量分率ξの値を示す場所でも、水素を多く含み燃料中の炭素割合ξの値が小さい場合の方が、断熱火炎の温度は高いということがわかる。 As shown in FIG. 12 of the chemical reaction condition database, even in a place where the value of the mass fraction ξ of the fuel in the same mixture is shown, when the value of the carbon ratio ξ c in the fuel is small and the value of the carbon fraction ξ c in the fuel is small, It can be seen that the temperature of the adiabatic flame is high.

次に、図23および図24は指標スカラー量Gの分布を示したものである。   Next, FIG. 23 and FIG. 24 show the distribution of the index scalar quantity G.

図24に示すように、解析領域の中央位置において水素100%のケースAは、メタン100%のケースBよりも指標スカラー量Gの値が大きな値を示しており、既燃領域が広いことが分かる。   As shown in FIG. 24, the case A with 100% hydrogen at the center position of the analysis region shows a larger value of the index scalar amount G than the case B with 100% methane, and the burned region is wide. I understand.

また、メタン100%のケースBと、水素50%、メタン50%のケースCとでは、y=70mm付近まではケースBの方が指標スカラー量Gの分布は大きいが、y=70mm以上の部分ではケースCの方が指標スカラー量Gの分布の方が大きい結果となっている。この指標スカラー量Gの差が、上述したとおり、各ケースにおける既燃領域の分布および温度分布の差を生じさせていると考えられる。   Also, in Case B with 100% methane and Case C with 50% hydrogen and 50% methane, the distribution of index scalar quantity G is larger in Case B up to around y = 70 mm, but the portion where y = 70 mm or more. In the case C, the distribution of the index scalar quantity G is larger. It is considered that this difference in the index scalar amount G causes a difference in burned region distribution and temperature distribution in each case as described above.

また、図25に示すように、流入面付近の指標スカラー量Gの拡大分布図を見ると、各ケースの違いがよくわかる。例えば、水素100%のケースAでは質量燃焼速度ρが大きいため、メタン100%のケースBよりも可燃の長さが短くなっている。また、水素50%、メタン50%のケースCでは、ケースAと同様に、火炎の長さが短くなっている。これらのことから火炎の長さは水素割合が影響することがわかる。 Further, as shown in FIG. 25, when the enlarged distribution map of the index scalar quantity G in the vicinity of the inflow surface is seen, the difference between the cases is well understood. For example, in case A with 100% hydrogen, the mass burning rate ρ u S L is large, so the combustible length is shorter than in case B with 100% methane. Further, in Case C where hydrogen is 50% and methane is 50%, the length of the flame is shorter as in Case A. From these facts, it can be seen that the hydrogen ratio affects the length of the flame.

図26はz軸断面の質量燃焼速度ρの分布を示したものである。化学反応条件データベースの図15および図16に示すように、質量燃焼速度ρの大きさは、ξ=0と、ξ=0.75との間では大きな差があるものの、ξ値の変動幅が小さい場合に質量燃焼速度ρの値は大きく変化しない。実際、図26において水素100%のケースAとメタン100%のケースBとを比較すると、質量燃焼速度ρの値に大きな差が見られる。また、水素50%、メタン50%のケースCの質量燃焼速度ρの分布は、メタン100%であるケースBよりも大きい。 FIG. 26 shows the distribution of the mass burning rate ρ u S L in the z-axis cross section. As shown in FIGS. 15 and 16 of the chemical reaction condition database, the mass burning rate ρ u S L has a large difference between ξ c = 0 and ξ c = 0.75. When the fluctuation range of the c value is small, the value of the mass burning rate ρ u S L does not change greatly. In fact, in FIG. 26, when comparing Case A with 100% hydrogen and Case B with 100% methane, there is a large difference in the value of the mass burning rate ρ u S L. In addition, the distribution of mass burning rate ρ u S L in case C where hydrogen is 50% and methane is 50% is larger than that in case B where methane is 100%.

よって、各ケース間の質量燃焼速度ρの差が、指標スカラー量Gの分布の差を生じさせているものと考えられる。また、水素100%のケースAはメタン100%であるケースBよりも質量燃焼速度ρの値の分布が大きいため既燃領域が大きく、指標スカラー量Gの分布も大きくなったと考えられる。 Therefore, it is considered that the difference in the mass burning rate ρ u S L between the cases causes a difference in the distribution of the index scalar quantity G. In addition, the case A with 100% hydrogen has a larger distribution of the value of the mass burning rate ρ u S L than the case B with 100% methane, so that the burned region is large and the distribution of the index scalar quantity G is also considered to be large. .

次に、密度分布ついて考察する。図13および図14に示すように、水素100%のξ=0の方が比体積は大きい。つまり、密度は小さいことを示している。よって、燃料中の炭素割合ξの値が小さくなり水素の割合が大きくなるほど密度は小さくなる。 Next, the density distribution will be considered. As shown in FIGS. 13 and 14, the specific volume is larger when ξ c = 0 of 100% hydrogen. That is, the density is low. Therefore, the density decreases as the value of the carbon ratio ξ c in the fuel decreases and the ratio of hydrogen increases.

実際に、図27および図28に示すように、水素100%のケースAの方がメタン100%であるケースBよりも全体的に密度分布が小さい値を示している。同様に、水素50%、メタン50%のケースCでも、メタン100%であるケースBよりも密度が小さく、水素を導入した影響が見て取れる。また、水素を導入したことで既燃領域が増えたことも密度低下の原因と考えられる。   In fact, as shown in FIGS. 27 and 28, the case A with 100% hydrogen shows a smaller overall density distribution than the case B with 100% methane. Similarly, in case C where hydrogen is 50% and methane is 50%, the density is smaller than in case B where methane is 100%, and the effect of introducing hydrogen can be seen. In addition, the increase in burned area due to the introduction of hydrogen is considered to be a cause of the decrease in density.

以上より、本実施例1では、燃料をメタンおよび水素混合気とする層流燃焼について数値解析を行い、指標スカラー量Gを用いた燃焼流れ数値解析プログラムを実装したコードを実行することにより、燃焼化学反応が非平衡状態の燃焼流れを数値解析できることを示すことができた。   As described above, in the first embodiment, the numerical analysis is performed on the laminar combustion in which the fuel is the methane and hydrogen mixture, and the combustion flow numerical analysis program using the index scalar quantity G is executed to execute the combustion. It can be shown that the chemical reaction can numerically analyze the combustion flow in non-equilibrium state.

実施例2では、実施例1において動作確認を行った燃焼流れ数値解析プログラムを実装したコードを用いて、実機燃焼流動場を対象とした燃焼流れの数値解析を行った。   In Example 2, the numerical analysis of the combustion flow for the actual combustion flow field was performed using the code in which the combustion flow numerical analysis program whose operation was confirmed in Example 1 was installed.

<解析対象>
本実施例2では、本出願人である川崎重工業株式会社が開発した18MW級のガスタービンL20Aに搭載されている燃焼器を解析対象とした。図29に示すように、当該燃焼器の解析領域は、燃焼器のスワラー(旋回器)から、逆流を防ぐために燃焼器後端部に追加したバッファ領域までとした。
<Object of analysis>
In Example 2, the combustor mounted on the 18 MW class gas turbine L20A developed by Kawasaki Heavy Industries, Ltd., the applicant of the present application, was analyzed. As shown in FIG. 29, the analysis region of the combustor is from the swirler of the combustor to the buffer region added to the rear end of the combustor to prevent backflow.

解析格子は燃焼器内部全域で六面体構造格子を用いた。解析格子の総要素数は10025904であり、その接点数は10181403である。   The analysis grid was a hexahedral grid throughout the combustor. The total number of elements of the analysis grid is 10025904, and the number of contacts is 10181403.

<境界条件>
本実施例2では、空燃比として実働条件のAFR値約42を用いた。また、下記の表3に示すように、運転条件も実動条件に合わせて、燃料温度を25℃、空気温度を450℃、空気流入圧力を約1.8MPaとした。
(表3)
<Boundary conditions>
In the second embodiment, an AFR value of about 42 under actual working conditions is used as the air-fuel ratio. Further, as shown in Table 3 below, the operating conditions were set to the actual operating conditions, and the fuel temperature was 25 ° C., the air temperature was 450 ° C., and the air inflow pressure was about 1.8 MPa.
(Table 3)

また、図30に示すように、INLET-MAIN、INLET-PRIMARYからは予混合気が流入し、INLET-PILOTからは火炎を安定にするために燃料が流入する。また、INLET-LINERからは空気が流入する。INLET-SBからは条件によって異なる燃料濃度や組成の予混合気が流入する。いずれの流入境界からも未燃の気体が流入するため指標スカラー量GについてはG=0としている。実際の燃焼器では、燃料と空気を別々の流路から燃焼室の手前で流入させて、燃焼室までの流路内で混合させるため、計算領域においてもそのための流入口を設けているが、今回の解析においては実験における空気の流入口から流量を調整し予混合気として流入させている。また、それぞれの気体を一様流と仮定した。   Further, as shown in FIG. 30, premixed gas flows from INLET-MAIN and INLET-PRIMARY, and fuel flows from INLET-PILOT to stabilize the flame. In addition, air flows from INLET-LINER. From INLET-SB, premixed gas with different fuel concentration and composition flows depending on conditions. Since unburned gas flows from any inflow boundary, the index scalar amount G is set to G = 0. In an actual combustor, fuel and air are flowed from separate flow paths before the combustion chamber and mixed in the flow path to the combustion chamber. In this analysis, the flow rate is adjusted from the air inlet in the experiment and the premixed gas is introduced. Each gas was assumed to be a uniform flow.

本実施例2では、メタンのみを燃焼させるケース1とメタンと水素を燃料として燃焼させるケース2についてそれぞれ解析を行い、比較を行った。   In the present Example 2, it analyzed and compared about the case 1 which burns only methane and the case 2 which burns methane and hydrogen as a fuel, respectively.

下記の表4および表5に示すように、ケース1およびケース2は、共にINLET-MAIN、INLET-PRIMARYから燃料にメタン100%(ξ=0.75)の予混合気を供給した。また、INLET-PILOTからも純燃料としてメタン100%を供給した。さらに、ケース1では、INLET-SBからメタン100%のみを供給した。一方、ケース2では火炎が十分に発達した段階において質量分率でメタン44%と水素56%(ξ=0.33)で混合した燃料に切り替えて供給した。なお、酸化剤としては乾き空気(酸素:窒素=21%:79%)を用いた。
(表4)
(表5)
As shown in Table 4 and Table 5 below, Case 1 and Case 2 both supplied premixed gas of 100% methane (ξ C = 0.75) to the fuel from INLET-MAIN and INLET-PRIMARY. In addition, 100% methane was supplied as pure fuel from INLET-PILOT. Furthermore, in Case 1, only 100% methane was supplied from INLET-SB. On the other hand, in Case 2, when the flame was sufficiently developed, the fuel was switched to a fuel mixed with a mass fraction of 44% methane and 56% hydrogen (ξ C = 0.33). Note that dry air (oxygen: nitrogen = 21%: 79%) was used as the oxidizing agent.
(Table 4)
(Table 5)

着火の手順は、全領域で未燃であるG=0とし2000ステップの間に流れ場を形成(コールドフロー)した後、流入条件INLET-MAINにおいて既燃であるG=1を与えて着火を行った。その後、12000ステップで十分に火炎が発達したと判断し、INLET-MAINの指標スカラー量Gの値を未燃のG=0にした。引き続き、火炎を安定させるためにステップ数を進め、水素を導入するケース2では、19000ステップ目で流入境界INLET-SBにおいてξ=0.33とし、水素を供給する条件とした。 The ignition procedure is as follows. G = 0, which is unburned in all regions, and a flow field is formed during 2000 steps (cold flow), and then G = 1, which is burnt in the inflow condition INLET-MAIN, is ignited. went. After that, it was judged that the flame was sufficiently developed in 12000 steps, and the value of the index scalar amount G of INLET-MAIN was set to G = 0 of unburned. Subsequently, in case 2 where the number of steps was advanced to stabilize the flame and hydrogen was introduced, ξ C = 0.33 was set at the inflow boundary INLET-SB at the 19000th step, and hydrogen was supplied.

<化学反応条件データベース>
本実施例2における化学反応条件データベースは、実施例1において作成したものと同一のものを使用した。
<Chemical reaction condition database>
The chemical reaction condition database in Example 2 was the same as that created in Example 1.

<計算条件>
本実施例2では、複数の保存スカラー量に基づく燃焼計算と、ラージ・エディ・シミュレーション法とを組み合わせた非定常乱流数値解析手法を用いた。また、本実施例2では有限体積法を用いた。
<Calculation conditions>
In the second embodiment, an unsteady turbulent numerical analysis method combining a combustion calculation based on a plurality of stored scalar quantities and a large eddy simulation method is used. In Example 2, the finite volume method was used.

ラージ・エディ・シミュレーション法のサブグリットスケールモデルには式(32)の標準Smagorinskyモデルを採用し、Smagorinsky定数はC=0.1とした。燃料と酸化剤の混合分率を表すZの保存方程式および燃料に含まれる炭素Cの質量分率Zの保存方程式を計算する際に用いる層流Schmidt数σはσ=0.7、乱流Schmidt数σZ,SGSはσZ,SGS=0.5とした。また、指標スカラー量Gの保存方程式の計算の際に用いる乱流Prandtl数相当のパラメータσG,SGSはσG,SGS=0.25とした。粘性係数は温度依存性を考慮するために、下記の式(45)で表されるSutherlandの式を用いた。
・・・式(45)
The standard Smagorinsky model of Equation (32) was adopted as the sub-grid scale model of the large eddy simulation method, and the Smagorinsky constant was C s = 0.1. The laminar Schmidt number σ Z used in calculating the conservation equation of Z representing the mixture fraction of fuel and oxidizer and the conservation equation of the mass fraction Z C of carbon C contained in the fuel is σ Z = 0.7, The turbulent Schmidt number σ Z, SGS was set to σ Z, SGS = 0.5. The parameters σ G and SGS corresponding to the turbulent Prandtl number used in the calculation of the conservation equation for the index scalar quantity G are set to σ G and SGS = 0.25. In order to consider the temperature dependence of the viscosity coefficient, the Sutherland equation represented by the following equation (45) was used.
... Formula (45)

また、各パラメータは、参照温度T=298.15K、参照粘性係数μ0=1.82×10−5kg/m/s、Sutherlandの係数C=110.4とした。時間積分法にはEuler陰解法を用い、保存方程式の移流項離散化スキームには2次精度中心差分法95%と1次風上差分法5%を線形結合したスキームを使用し、スカラーの保存方程式の移流項離散化スキームには2次精度中心差分を使用した。運動量と圧力のカップリングにはSIMPLE法、圧力開放としてICCG法を用いた。 The parameters were set such that the reference temperature T 0 = 298.15 K, the reference viscosity coefficient μ 0 = 1.82 × 10 −5 kg / m / s, and the Sutherland coefficient C = 110.4. The Euler implicit method is used for the time integration method, and the conservative equation advection term discretization scheme uses a scheme that linearly combines the second-order accuracy central difference method 95% and the first-order upwind difference method 5%. A quadratic center difference was used for the advection term discretization scheme of the equation. The SIMPLE method was used for coupling momentum and pressure, and the ICCG method was used for pressure release.

<燃焼流れ解析に用いられたコンピュータ>
本実施例2では、実施例1と同様、数値解析用のコンピュータとして九州大学情報基盤研究開発センターのHITACHI HA8000-tc/HT210を用いた。また、本実施例2では、並列数は128であった。さらに、計算時間は1000ステップ当たり約6時間であった。
<Computer used for combustion flow analysis>
In Example 2, as in Example 1, HITACHI HA8000-tc / HT210 of Kyushu University Information Technology Research and Development Center was used as a computer for numerical analysis. Moreover, in the present Example 2, the parallel number was 128. Furthermore, the calculation time was about 6 hours per 1000 steps.

<燃焼流れの解析結果>
以下、解析結果を示す。図32には図31に示す燃焼器のz軸断面における温度分布の瞬時値を示し、図33には図31に示す燃焼器出口のx軸断面における温度分布の瞬時値を示す。ケース1およびケース2の両者とも、燃焼器の追い焚きバーナーにあたる境界INLET-SBより上流では燃焼器の中心部分に高温な領域が形成されており、壁面近傍では温度が低くなっていることがわかる。
<Results of combustion flow analysis>
The analysis results are shown below. 32 shows the instantaneous value of the temperature distribution in the z-axis section of the combustor shown in FIG. 31, and FIG. 33 shows the instantaneous value of the temperature distribution in the x-axis section of the combustor outlet shown in FIG. Both Case 1 and Case 2 have a high temperature region in the center of the combustor upstream from the boundary INLET-SB, which is the reheating burner of the combustor, and the temperature is low near the wall. .

一方、燃料にメタンのみを用いたケース1と、水素を導入したケース2では燃焼器の追い焚きバーナー(INLET-SB)より下流で温度分布が大きく異なっていた。   On the other hand, the case 1 using only methane as the fuel and the case 2 using hydrogen were greatly different in temperature distribution downstream from the combustion burner (INLET-SB).

図34は燃焼器z軸断面における質量燃焼速度ρの瞬時値分布である。メタンのみを燃料としたケース1と、燃料に水素を導入したケース2では追い焚きバーナー(INLET-SB)より下流で分布に大きな差が見受けられるが、追い焚きバーナー(INLET-SB)よりも上流の部分では分布に差は見られない。図35における燃料中の炭素割合ξの分布からわかるように、追い焚きバーナー(INLET-SB)よりも上流では水素が存在しないため、水素が存在する追い焚きバーナーより下流側でのみ質量燃焼速度ρに差が見られたと予想される。ケース1およびケース2ともに混合気中の燃料の質量分率ξの分布には差が見られないことから、これは水素を導入したことによる燃料中の炭素割合ξの分布の違いが影響していると考えられる。実際、化学反応条件データベースの図15と図16のグラフを参照すると、同じξ値を示す場所では水素を多く含みξ値が小さいほど質量燃焼速度ρが大きくなることがわかる。このことから水素を導入したことで追い焚きバーナー(INLET-SB)より下流の質量燃焼速度ρの値が大きく評価されたことが理解できる。 FIG. 34 is an instantaneous value distribution of the mass combustion speed ρ u S L in the combustor z-axis cross section. In case 1 where only methane is used as fuel, and in case 2 where hydrogen is introduced into the fuel, there is a large difference in distribution downstream from the reheating burner (INLET-SB), but upstream from the reheating burner (INLET-SB). There is no difference in distribution in the part. As can be seen from the distribution of the carbon ratio ξ c in the fuel in FIG. 35, there is no hydrogen upstream from the reheating burner (INLET-SB), so the mass burning rate is only downstream from the reheating burner where hydrogen is present. It is expected that there was a difference in ρ u S L. Since there is no difference in the distribution of the fuel mass fraction ξ in the mixture in both cases 1 and 2, this is due to the difference in the distribution of the carbon fraction ξ c in the fuel due to the introduction of hydrogen. It is thought that. In fact, referring to the graphs of FIG. 15 and FIG. 16 in the chemical reaction condition database, it can be seen that the mass burning rate ρ u S L increases as the amount of hydrogen increases and the ξ c value decreases at the same ξ value. From this, it can be understood that the value of mass burning velocity ρ u S L downstream from the reheating burner (INLET-SB) was greatly evaluated by introducing hydrogen.

図14に示す化学反応条件データベースの質量燃焼速度ρおよび図34に示す燃焼器z軸断面における質量燃焼速度ρの瞬時値によると、水素を多く含みξ値が小さいほど質量燃焼速度ρが大きくなり、燃焼しやすいということがわかる。つまり、水素を供給したケース2では、追い焚きバーナー(INLET-SB)付近やその下流でξ値が小さくなり水素割合が増えたことで質量燃焼速度ρが大きくなり、燃焼しやすくなったことにより、図36に示すように、既燃の指標スカラー量Gの分布も大きくなったと考えられる。また、既燃のG分布が広がったことで温度が高い領域も広がったと思われる。 According to the instantaneous value of the mass burn rate [rho u S L in the combustor z-axis cross-section shown in the mass burn rate [rho u S L and 34 chemical reactions condition database shown in FIG. 14, as including a large amount of hydrogen xi] c value is smaller It can be seen that the mass burning rate ρ u S L increases and combustion is easy. In other words, in Case 2 in which hydrogen is supplied, the mass combustion rate ρ u S L is increased because the ξ c value decreases and the hydrogen ratio increases in the vicinity of the reheating burner (INLET-SB) and downstream thereof, and combustion is easy. Thus, as shown in FIG. 36, it is considered that the distribution of burned index scalar quantity G is also increased. Moreover, it seems that the region where the temperature is high also spreads due to the spread of the burned G distribution.

以上のように、燃焼流れ数値解析プログラムを装したコードを用いて、実機燃焼流動場を対象とした燃焼流れの数値解析を行うことができた。また、解析の結果、本第2実施例で対象とした18MW級のガスタービンL20Aに搭載されている燃焼器では、追い焚きバーナー(INLET-SB)から水素燃料を供給することにより、その下流において温度が高い領域が広がることがわかった。   As mentioned above, the numerical analysis of the combustion flow for the actual combustion flow field could be performed using the code equipped with the combustion flow numerical analysis program. Further, as a result of analysis, in the combustor mounted on the 18 MW class gas turbine L20A targeted in the second embodiment, hydrogen fuel is supplied from the reheating burner (INLET-SB), and downstream of the combustor. It was found that the region with high temperature spreads.

なお、本発明に係る燃焼流れ数値解析プログラムおよび燃焼流れ数値解析方法は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。数値解析により取り扱う燃料や酸化剤は水素やメタン、乾き空気に限定されるものではない。例えば、炭化水素系燃料は、メタンに限定されるものではなく、多重結合や環状構造を含むエチレン(C2H4)やシクロヘキサン(C6H12)、ベンゼン環系やガソリン等の高分子燃料であってもよい。また、燃料は、水素燃料や炭化水素系燃料に限定されるものではなく、メチルアルコール(CH3OH)など酸素元素Oを含む燃料や、アンモニア(NH3)や亜硫酸(SO2)などの硫黄元素Sや窒素元素Nを含む燃料であってもよい。さらに、燃料や酸化剤は、蒸気(水)や一酸化炭素、アルゴン等の不活性元素等が含まれていてもよい。 The combustion flow numerical analysis program and the combustion flow numerical analysis method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be changed as appropriate. Fuels and oxidants handled by numerical analysis are not limited to hydrogen, methane, and dry air. For example, hydrocarbon fuels are not limited to methane, but polymer fuels such as ethylene (C 2 H 4 ), cyclohexane (C 6 H 12 ), benzene ring systems, and gasoline containing multiple bonds and cyclic structures. It may be. In addition, the fuel is not limited to hydrogen fuel or hydrocarbon fuel, but fuel containing oxygen element O such as methyl alcohol (CH 3 OH), sulfur such as ammonia (NH 3 ) and sulfurous acid (SO 2 ). A fuel containing the element S or the nitrogen element N may be used. Furthermore, the fuel and the oxidant may contain an inert element such as steam (water), carbon monoxide, and argon.

1 コンピュータ
1a 燃焼流れ数値解析プログラム
2 入力手段
3 表示手段
4 記憶手段
5 演算処理手段
6 化学反応条件データベース作成手段
7 瞬時・局所保存スカラー量取得手段
8 瞬時・局所化学反応条件算出手段
9 瞬時・局所物性値算出手段
10 燃焼流れ解析手段
41 プログラム記憶部
42 化学反応条件データベース
61 保存スカラー量設定部
62 保存スカラー量組合せ設定部
63 化学反応条件取得部
64 データベース作成部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Computer 1a Combustion flow numerical analysis program 2 Input means 3 Display means 4 Storage means 5 Arithmetic processing means 6 Chemical reaction condition database preparation means 7 Instantaneous / local storage scalar quantity acquisition means 8 Instantaneous / local chemical reaction condition calculation means 9 Instantaneous / local Physical property value calculation means 10 Combustion flow analysis means 41 Program storage section 42 Chemical reaction condition database 61 Stored scalar quantity setting section 62 Stored scalar quantity combination setting section 63 Chemical reaction condition acquisition section 64 Database creation section

Claims (2)

燃料と酸化剤との燃焼を伴う流れを数値解析する燃焼流れ数値解析プログラムであって、
前記燃料、前記酸化剤およびそれらを混合した燃焼混合気における各化学組成に基づいて設定される複数の保存スカラー量のうち、所定の前記保存スカラー量を用いて熱平衡状態における温度、熱平衡状態における密度および質量燃焼速度を含む化学反応条件を数値解析により取得し、その化学反応条件を化学反応条件データベースに記憶させる化学反応条件データベース作成手段と、
前記保存スカラー量の保存方程式を用いて瞬時・局所保存スカラー量を数値解析により取得する瞬時・局所保存スカラー量取得手段と、
前記化学反応条件データベースに記憶された化学反応条件および前記瞬時・局所保存スカラー量を用いて瞬時・局所化学反応条件を算出する瞬時・局所化学反応条件算出手段と、
燃焼反応の非平衡状態を表す指標スカラー量の保存方程式および前記瞬時・局所化学反応条件を用いて瞬時・局所物性値を算出する瞬時・局所物性値算出手段と、
前記瞬時・局所化学反応条件および前記瞬時・局所物性値を用いて前記燃料、前記酸化剤および前記燃焼混合気の燃焼を伴う流れを数値解析する燃焼流れ解析手段としてコンピュータを機能させる燃焼流れ数値解析プログラム。
A combustion flow numerical analysis program for numerically analyzing a flow accompanying combustion of fuel and oxidant,
The temperature in the thermal equilibrium state and the density in the thermal equilibrium state using the predetermined storage scalar amount among the plurality of storage scalar amounts set based on the chemical composition in the fuel, the oxidant and the combustion mixture obtained by mixing them. And chemical reaction condition database creation means for acquiring chemical reaction conditions including mass combustion rate by numerical analysis and storing the chemical reaction conditions in the chemical reaction condition database,
Instantaneous / locally stored scalar quantity acquisition means for acquiring the instantaneous / locally stored scalar quantity by numerical analysis using the conservation equation of the stored scalar quantity,
Instantaneous / local chemical reaction condition calculating means for calculating instantaneous / local chemical reaction conditions using the chemical reaction conditions stored in the chemical reaction condition database and the instantaneous / locally stored scalar quantity;
Instantaneous / local physical property value calculating means for calculating an instantaneous / local physical property value using an equation scalar quantity conservation equation representing a non-equilibrium state of a combustion reaction and the instantaneous / local chemical reaction condition;
Combustion flow numerical analysis for causing a computer to function as a combustion flow analysis means for numerically analyzing the flow accompanying combustion of the fuel, the oxidant and the combustion mixture using the instantaneous / local chemical reaction conditions and the instantaneous / local physical property values program.
燃料と酸化剤との燃焼を伴う流れを数値解析する燃焼流れ数値解析方法であって、
前記燃料、前記酸化剤およびそれらを混合した燃焼混合気における各化学組成に基づいて設定される複数の保存スカラー量のうち、所定の前記保存スカラー量を用いて熱平衡状態における温度、熱平衡状態における密度および質量燃焼速度を含む化学反応条件を数値解析により取得し、その化学反応条件を化学反応条件データベースに記憶させる化学反応条件データベース作成ステップと、
前記保存スカラー量の保存方程式を用いて瞬時・局所保存スカラー量を数値解析により取得する瞬時・局所保存スカラー量取得ステップと、
前記化学反応条件データベースに記憶された化学反応条件および前記瞬時・局所保存スカラー量を用いて瞬時・局所化学反応条件を算出する瞬時・局所化学反応条件算出ステップと、
燃焼反応の非平衡状態を表す指標スカラー量の保存方程式および前記瞬時・局所化学反応条件を用いて瞬時・局所物性値を算出する瞬時・局所物性値算出ステップと、
前記瞬時・局所化学反応条件および前記瞬時・局所物性値を用いて前記燃料、前記酸化剤および前記燃焼混合気の燃焼を伴う流れを数値解析する燃焼流れ解析ステップと
を有する燃焼流れ数値解析方法。
A combustion flow numerical analysis method for numerically analyzing a flow accompanied by combustion of a fuel and an oxidant,
The temperature in the thermal equilibrium state and the density in the thermal equilibrium state using the predetermined storage scalar amount among the plurality of storage scalar amounts set based on the chemical composition in the fuel, the oxidant and the combustion mixture obtained by mixing them. And a chemical reaction condition database creation step for acquiring chemical reaction conditions including mass combustion rate by numerical analysis and storing the chemical reaction conditions in the chemical reaction condition database;
Instantaneous / locally stored scalar quantity acquisition step of acquiring the instantaneous / locally stored scalar quantity by numerical analysis using the conservation equation of the stored scalar quantity;
Instantaneous / local chemical reaction condition calculation step for calculating instantaneous / local chemical reaction conditions using the chemical reaction conditions stored in the chemical reaction condition database and the instantaneous / locally stored scalar quantity;
Instantaneous / local physical property value calculating step for calculating an instantaneous / local physical property value using an equation scalar quantity conservation equation representing a non-equilibrium state of a combustion reaction and the instantaneous / local chemical reaction condition;
A combustion flow numerical analysis method comprising: a combustion flow analysis step for numerically analyzing a flow accompanying combustion of the fuel, the oxidant and the combustion mixture using the instantaneous / local chemical reaction conditions and the instantaneous / local physical property values.
JP2016093716A 2016-05-09 2016-05-09 Combustion flow numerical analysis program and combustion flow numerical analysis method Active JP6796395B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016093716A JP6796395B2 (en) 2016-05-09 2016-05-09 Combustion flow numerical analysis program and combustion flow numerical analysis method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016093716A JP6796395B2 (en) 2016-05-09 2016-05-09 Combustion flow numerical analysis program and combustion flow numerical analysis method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017203560A true JP2017203560A (en) 2017-11-16
JP6796395B2 JP6796395B2 (en) 2020-12-09

Family

ID=60322080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016093716A Active JP6796395B2 (en) 2016-05-09 2016-05-09 Combustion flow numerical analysis program and combustion flow numerical analysis method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6796395B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116467974A (en) * 2023-06-19 2023-07-21 北京凌云智擎软件有限公司 Automatic solving method, device and medium for steady-state laminar flame surface database

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5583789A (en) * 1993-07-30 1996-12-10 Gas Research Institute Local integral method for computing molecular diffusion and chemical reaction
JP2000205560A (en) * 1999-01-07 2000-07-25 Nippon Sanso Corp Method nd system for numeric simulation of oxygen rich combustion
JP2002295830A (en) * 2001-03-29 2002-10-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Turbulent flow combustion analysis method
JP2003106525A (en) * 2001-09-28 2003-04-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method and device for analyzing turbulence reaction flow
JP2010038410A (en) * 2008-08-01 2010-02-18 Ritsumeikan Combustion analysis method, combustion analyzer and computer program
JP2012211757A (en) * 2011-03-23 2012-11-01 Hokkaido Univ Program and method for numerically analyzing combusting flow
JP2015507778A (en) * 2011-12-09 2015-03-12 エクサ コーポレイション Computer simulation of physical processes

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5583789A (en) * 1993-07-30 1996-12-10 Gas Research Institute Local integral method for computing molecular diffusion and chemical reaction
JP2000205560A (en) * 1999-01-07 2000-07-25 Nippon Sanso Corp Method nd system for numeric simulation of oxygen rich combustion
JP2002295830A (en) * 2001-03-29 2002-10-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Turbulent flow combustion analysis method
JP2003106525A (en) * 2001-09-28 2003-04-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method and device for analyzing turbulence reaction flow
JP2010038410A (en) * 2008-08-01 2010-02-18 Ritsumeikan Combustion analysis method, combustion analyzer and computer program
JP2012211757A (en) * 2011-03-23 2012-11-01 Hokkaido Univ Program and method for numerically analyzing combusting flow
JP2015507778A (en) * 2011-12-09 2015-03-12 エクサ コーポレイション Computer simulation of physical processes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
大島伸行,中島卓司: "燃焼流れLES", 日本ガスタービン学会誌, vol. 35, no. 4, JPN6015048579, July 2007 (2007-07-01), pages 9 - 14, ISSN: 0004204172 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116467974A (en) * 2023-06-19 2023-07-21 北京凌云智擎软件有限公司 Automatic solving method, device and medium for steady-state laminar flame surface database
CN116467974B (en) * 2023-06-19 2023-08-22 北京凌云智擎软件有限公司 Automatic solving method, device and medium for steady-state laminar flame surface database

Also Published As

Publication number Publication date
JP6796395B2 (en) 2020-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Langella et al. Unstrained and strained flamelets for LES of premixed combustion
Jones et al. Large eddy simulation of a premixed propane turbulent bluff body flame using the Eulerian stochastic field method
Bilger Turbulent jet diffusion flames
Munzar et al. An experimental and reduced modeling study of the laminar flame speed of jet fuel surrogate components
Sarras et al. Modeling of turbulent natural gas and biogas flames of the Delft Jet-in-Hot-Coflow burner: Effects of coflow temperature, fuel temperature and fuel composition on the flame lift-off height
Ladeinde et al. The effects of pressure treatment on the flamelet modeling of supersonic combustion
Abou-Taouk et al. Optimized reduced chemistry and molecular transport for large eddy simulation of partially premixed combustion in a gas turbine
Wang The model constant A of the eddy dissipation model
Bhaya et al. Large eddy simulation of MILD combustion using PDF-based turbulence–chemistry interaction models
Katta et al. Calculation of multidimensional flames using large chemical kinetics
Sammak et al. Modern developments in filtered density function
Nguyen et al. CFD-CRN validation study for NO x emission prediction in lean premixed gas turbine combustor
Fu et al. DNS analysis of the effects of combustion on turbulence in a supersonic H2/air jet flow
Bicsák et al. Numerical simulation of combustion processes in a gas turbine
Benim et al. Numerical analysis of turbulent combustion in a model swirl gas turbine combustor
JP6796395B2 (en) Combustion flow numerical analysis program and combustion flow numerical analysis method
Mansourian et al. Computational fluid dynamics analysis of a synthesis gas turbulent combustion in a round jet burner
Christ Simulating the combustion of gaseous fuels
Foster et al. Fundamentals of high pressure combustion
Khujaev et al. Numerical Solution of the Combustion Process Using the Computer Package Ansys Fluent
Eggels The application of combustion LES within industry
JP5863109B2 (en) Combustion flow numerical analysis program and combustion flow numerical analysis method
Kalkote et al. Toward the implementation of a multi-component framework in a density-based flow solver for handling chemically reacting flows
Eberle et al. Numerical simulations of soot and NOx distributions in a full scale aero-engine combustor at two different flight altitudes
Krüger et al. Large eddy simulations of methane oxidation at ultra-wet conditions in a model gas turbine combustor applying detailed chemistry

Legal Events

Date Code Title Description
A80 Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80

Effective date: 20160603

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190213

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191219

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200205

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20200403

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200529

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201021

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201116

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6796395

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250