JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2018年4月～2019年3月)

報告書番号: R18JDA201N06

利用分野: 航空技術

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• 責任者: 青山剛史, 航空技術部門数値解析技術研究ユニット
• 問い合せ先: 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, 溝渕 泰寛, 阿部 浩幸, 岡部 荘志, 松山 新吾, 本江 幹朗

事業概要

詳細シミュレーションによる現象理解とモデリングにより設計に適用可能な燃焼器解析技術を取得する.

参照URL

なし

JSS2利用の理由

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

・二相流詳細解析コードを新たに整備. 任意形状への解析に対応し, 噴射ノズルを解析空間に含めたクロスフロー型微粒化の解析を実現.

・噴霧Eulerian法を直交格子ベースのソルバに実装. 実際の燃料ノズル形状での解析を安定的に行えることを確認.

・捩れ乱流境界層は, 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, せん断駆動捩れ乱流境界層の直接数値シミュレーション(DNS)を, この系で世界最高レイノルズ数Re_theta=900までのレイノルズ数に対して実施した. Re_theta=900の計算では, 所要格子数として約15億点を用いた. 図3は, Re_theta=900における乱流構造を可視化した結果であるが, レイノルズ数が高くなると, 捩れ乱流境界層が発達するにつれて乱流構造が密集し階層的な構造を形成する(白丸で囲んだ部分)ことが分かった.

図1(ビデオ): 気液界面の変化(界面の色は速度の絶対値を示す)

図2(ビデオ): 燃料の濃度分布(上図:Euler法, 下図:Lagrange法)

図3: Re_θ = 900のDNSの乱流構造(青:低速;赤:高速)

成果の公表

-査読付き論文

1) Y. Mizobuchi, T. Nambu, T. Takeno, ” Numerical study of tip opening of hydrogen/air Bunsen flame,” Proceedings of Combustion Institute 37 (2018).

2) H. Abe, “Direct numerical simulation of a turbulent boundary layer with separation and reattachment over a range of Reynolds numbers,” Fluid Dynamics Research, Special issue: Fluid Dynamics of Near-Wall Turbulence (2018).

3) H. Abe, R.A. Antonia and S. Toh, “Large-scale structures in a turbulent channel flow with a minimal streamwise flow unit,” J. Fluid Mech., Vol. 850, pp. 733-768 (2018).

-口頭発表

阿部 浩幸, 溝渕 泰寛, 松尾 裕一, ” 剥離乱流境界層のDNSデータを用いたk-εモデルの開発,” 第50回流体力学講演会/第36回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム, 2018年7月4日～6日, 宮崎市民プラザ

阿部 浩幸, “せん断駆動三次元乱流境界層のDNS,” 日本流体力学会年会2018 講演論文集, 2018年9月3日～6日, 大阪大学豊中キャンパス

Hiroyuki Abe, ” Direct numerical simulation of a shear driven three-dimensional turbulent boundary layer,” American Physical Society 71st Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics, Atlanta, GA, November 18-20, 2018

阿部 浩幸, 溝渕 泰寛, 松尾 裕一, “剥離乱流DNS データを用いたk-εモデルの開発,” 日本機械学会 第96期流体工学部門講演会, 2018年11月29日～30日, 室蘭

南部太介, 溝渕泰寛, “詳細数値解析によるクロスフロー型微粒化機構のモデリング, ” 2018年12月17～18日, 第27回微粒化シンポジウム

溝渕泰寛, 竹野忠夫, “水素空気ブンゼン火炎のTip Opening現象に関する数値解析による検討 -第2報 先端構造-, ” 第56回燃焼シンポジウム, 2018年11月13-15日.

JSS2利用状況

計算情報

• プロセス並列手法: MPIを使うプログラムとXPFortranを使うプログラムがあります.
• スレッド並列手法: OpenMP
• プロセス並列数: 8 – 384
• 1ケースあたりの経過時間: 2000 時間

利用量

総資源に占める利用割合※1(%): 7.63

内訳

JSS2のシステム構成や主要な仕様は、JSS2のシステム構成をご覧下さい。

※1 総資源に占める利用割合：3つの資源(計算, ファイルシステム, アーカイバ)の利用割合の加重平均.

※2 資源の利用割合：対象資源一年間の総利用量に対する利用割合.

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2018年4月～2019年3月)