乱流燃焼場を対象とした化学反応計算手法に関する研究
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: R18JTET25
利用分野: 技術習得方式
- 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: 小松 湧介(ksw.koma2@asagi.waseda.jp)
- メンバ: 小松 湧介
事業概要
宇宙航空研究開発機構(JAXA)はマッハ5で巡航する極超音速航空機の実現を目指した研究開発を進めている. この研究開発の第一段階として, S-520探査ロケットを用いた極超音速条件下での飛行試験である極超音速統合制御実験(HIMICO)が計画されている. 現在までに超音速風洞試験およびエンジンの燃焼試験が行われており, 燃焼試験においてはある実験条件で燃料が自己着火することが確認されている. しかしながら, 自己着火条件の定量的な評価やエンジンの性能評価に必要なデータが不十分なのが現状である. そこで, 実験データを補間することや燃料の自己着火の条件を明らかにすることを目的として, CFD解析を行う.
参照URL
なし
JSS2利用の理由
実燃焼器スケール(数千万セル規模)で化学反応を含む流れ場の数値解析を行うと, 計算コストが非常に大きくなる. そこで, 現実的な時間で数値解析を行うために, 並列化を行うことができるJSS2を利用した.
今年度の成果
JAXA が開発した高速流体解析ソルバFaSTAR を基盤に, 化学種輸送方程式とArrhenius 型反応モデルの実装を行って, 詳細な化学反応機構を考慮する反応性流体解析ソルバを開発した. ソルバの検証のため, ドイツ航空宇宙センターDLR(Deutsches Zentrum fur Luft- und Raumfahrt)が行った超音速拡散燃焼試験を対象にしてCFD解析を行った. このCFD解析から得られた温度分布および流速分布は, 実験結果とほぼ定量的に一致した(図1, 2). また, 極超音速統合制御実験用ラム燃焼器を対象にしたCFD解析では, 主流空気温度の違いで自己着火が起きる場合と自己着火が起きない場合の差が出ることが確認できた(図3).
図1: スクラム燃焼器内の瞬時の静温分布
図2: 時間平均した温度分布と流速分布
図3: 主流空気温度を変化させた場合のラム燃焼器内の温度分布
成果の公表
なし
JSS2利用状況
計算情報
- プロセス並列手法: MPI
- スレッド並列手法: 非該当
- プロセス並列数: 256 - 1024
- 1ケースあたりの経過時間: 400 時間
利用量
総資源に占める利用割合※1(%): 0.79
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。
| 計算システム名 | コア時間(コア・h) | 資源の利用割合※2(%) |
|---|---|---|
| SORA-MA | 7,228,258.25 | 0.88 |
| SORA-PP | 13,694.94 | 0.11 |
| SORA-LM | 1,663.04 | 0.78 |
| SORA-TPP | 0.00 | 0.00 |
| ファイルシステム名 | ストレージ割当量(GiB) | 資源の利用割合※2(%) |
|---|---|---|
| /home | 476.84 | 0.49 |
| /data | 9,765.63 | 0.17 |
| /ltmp | 1,953.13 | 0.17 |
| アーカイバシステム名 | 利用量(TiB) | 資源の利用割合※2(%) |
|---|---|---|
| J-SPACE | 0.00 | 0.00 |
※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)