JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2016年4月～2017年3月)

報告書番号: R16J0015

• 責任者: 松尾 裕一(航空技術部門 数値解析技術研究ユニット)
• 問い合わせ先: 溝渕 泰寛(mizo@chofu.jaxa.jp)
• メンバ: 菱田学,南部太介,八百寛樹,安田章悟,松尾裕一,溝渕泰寛,阿部浩幸,岡部荘志,松山新吾
• 利用分類: 基礎分野(モデリング,燃焼)

概要

燃料ジェットの微粒化および剥離乱流境界層について,現象を詳細なシミュレーションによって再現し,その結果を用いて実用計算に資するモデルを作成する.

目的

エンジン設計のシミュレーション技術によるフロントローディングを実現する.

目標

エンジン内流れにおけるキー現象の解明およびモデリングによりエンジン計算の計算負荷を下げる.

参照URL

なし

スパコンの用途

現象解明とモデリングのための大規模詳細シミュレーション

スパコンの必要性

当該分野で世界と肩を並べる研究を実施するために必要な計算機資源はスパコンでしか得られない.

今年度の成果

成果1

航空エンジン燃焼器内の流れ場のシミュレーションにおいて,ノズルから噴射される燃料の液滴径分布を正しく条件として与えることは解析精度に直結する.しかし,燃料ノズル付近の微粒化(一次微粒化)を計測することは現状困難であり,この径分布の不確定性が解析のボトルネックの一つとなっている.本解析では,計測の代わりに,JSS2による一次微粒化詳細解析から粒径分布の作成を行った.また,作成した粒径分布を実際の燃焼器解析に適用した.

成果2

剥離乱流境界層は,燃焼器内だけではなく機体周りの流れ解析でもキー現象である.本研究では,圧力勾配により誘起された剥離乱流境界層の直接数値シミュレーションを,この系で世界最高レイノルズ数Reθ=900において実施した.図3は,Reθ=900の乱流構造を可視化した結果であるが,剥離泡に大規模な組織構造が存在することが明らかになった.

Fig.1(成果1):ノズル付近の液相表面の可視化図と速度分布図

Fig.2(成果1):直交気流により微粒化された液滴の分布

Fig.3(成果2): Reθ=900の乱流構造(赤:高速,青:低速)

成果の公表

査読付論文

1) Hiroyuki Abe and R.A. Antonia, 'Relationship between the energy dissipation function and the skin friction law in a turbulent channel flow,' J. Fluid Mech., Vol. 798, pp. 140-164 (2016).

査読なし論文/口頭発表

1) Hiroyuki Abe, 'DNS of a turbulent boundary layer with separation and reattachment over a wide range of Reynolds numbers,' International Symposium on Near-Wall Flows: Transition and Turbulence (Kyoto University, June 20 - 22, 2016), Invited.

2) 阿部 浩幸,溝渕 泰寛,松尾 裕一, '剥離・再付着を伴う乱流境界層のDNSに見る壁面圧力変動,' 日本流体力学会年会2016講演論文集(2016年9月26日～28日,名古屋工業大学), (CD-ROM).

3) 阿部 浩幸, '剥離・再付着を伴う乱流境界層のDNS:非定常挙動の解析,' 第94期日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集(2016年11月12日～13日,山口大学), (CD-ROM).

4) Hiroyuki Abe, Yasuhiro Mizobuchi and Yuichi Matsuo, 'DNS study of wall-pressure fluctuations in a turbulent boundary layer with large pressure gradients,' Bulletin of the American Physical Society 69th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics (Portland, OR, November 20-22, 2016), Vol. 61, No. 20, p. 267.

計算情報

• 並列化手法: ハイブリッド並列
• プロセス並列手法: XPFortran
• スレッド並列手法: OpenMP,自動並列
• プロセス並列数: 120
• プロセスあたりのスレッド数: 8
• 使用ノード数: 60
• 1ケースあたりの経過時間(時間): 2000
• 実行ケース数: 1

利用量

総仮想利用経費(円): 35,880,200

内訳

注記: 仮想利用経費=2016年度設備貸付費用の単価を用いて算出した場合の経費

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2016年4月～2017年3月)