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: R16J0101

• 責任者: 中村 俊哉(航空技術部門 次世代航空イノベイションハブ)
• 問い合わせ先: 松浦 一哲(matsuura.kazuaki@jaxa.jp)
• メンバ: 松浦一哲,牧田光正,山田秀志,黒澤要治,中村直紀,飯野淳,張会来,上坂峻也,岩崎智行,鳥養亮太
• 利用分類: 航空分野(航空機エンジン)

概要

平面液膜式微粒化ノズルの実験により雰囲気圧力,偏向翼角によって微粒化特性が変化することが明らかにされた.しかし,液膜の分裂場は,噴射孔出口近傍の非常に狭い領域で起こっており,実験のみから分裂現象を把握することは難しい.本事業では,噴射口出口近傍の分裂場に対して数値解析を実施し,微粒化のメカニズムを明らかにすることを目的としている.

目的

低NOx燃料噴射弁開発上重要な設計と微粒化特性の相関理解のため,設計要素を抽出した基礎噴射弁(平面液膜式微粒化ノズル)の実験が実施され,液膜構造,分裂された液滴特性に対する雰囲気圧力,偏向翼角の影響が明らかにされた.本事業では,実験では観察困難な液膜の微粒化領域をVOF法による数値解析により再現し,微粒化のメカニズムを明らかにすることを目的としている.

目標

本事業では,平面液膜式微粒化ノズルの実験において明らかにされた微粒化特性に対する雰囲気圧力,偏向翼角の影響のメカニズムをVOF法による数値解析により明らかにすること,また,これらの一連の解析作業から航空機エンジンの燃焼器の開発に活用できるCFD技術の構築のための知見を得ることを目標としている.

参照URL

なし

スパコンの用途

大規模かつ複雑な液体燃料の分裂場の解析をパラメトリックに短時間で実施するために,スパコンを用いて実施する.

スパコンの必要性

実験において計測された液滴粒径は数10μmオーダーとなっている.このような微小な液滴の分裂場を適切に再現するためには,数μmオーダーのメッシュを用いた数億セル以上の大規模な計算を実施する必要があり,スパコンの利用は不可避である.

今年度の成果

2種類のサイズ(5μm, 10μm)の格子を用いたVOF法による液膜の分裂場による解析から,液滴粒径分布を測定し実験との比較を実施したが,低圧(0.1MPa)において粒径が大きくなるという実験結果を現時点では再現出来ていない(Fig.1) . 今後,VOF関数=0.5の等値面上における曲率の値の調査等(Fig.2)から,現在使用しているサイズの格子において最適な曲率の計算手法を調査,確立する予定である.

Fig.1:液滴の分布に対する雰囲気圧力, メッシュサイズの影響

Fig.2:VOF関数=0.5の等値面上の曲率分布

成果の公表

なし

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: MPI
• スレッド並列手法: 自動並列
• プロセス並列数: 96
• プロセスあたりのスレッド数: 4
• 使用ノード数: 12
• 1ケースあたりの経過時間(時間): 600
• 実行ケース数: 6

利用量

総仮想利用経費(円): 14,054,570

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)