現象解明とモデリングにもとづく燃焼器解析システムの研究
JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2021年2月～2022年1月)
報告書番号: R21JDA201N06
利用分野: 航空技術
- 責任者: 青山剛史, 航空技術部門航空機ライフサイクルイノベーションハブ
- 問い合せ先: 溝渕泰寛(mizobuchi.yasuhiro@jaxa.jp)
- メンバ: 阿部 浩幸, 菱田 学, 桐原 亮平, 桑原 匠史, 松山 新吾, 溝渕 泰寛, 南部 太介, 岡部 荘志, 志村 啓, 内山 和哉, 安田 章悟, 八百 寛樹
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
JAXAスーパーコンピュータを使用する理由と利点
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
・AMMモデルでは乱流エネルギーが平均歪の2乗に従って増加するため, 加減速を伴う場所では渦粘性係数を過大に算出する課題があった. 渦粘性係数の時間スケールに, 加減速時にのみ平均歪の効果が現れるパラメータ(S^2-Ω^2)を新たに導入し特性時間スケールを修正した. 図1はAMM-QCRcornerモデルを用いた迎角5度のNASA Juncture Flowにおけるコーナー剥離の予測結果を示したものである(QCRcornerは2次渦を再現するために用いた2次非線形渦粘性表現を示している). 修正後のAMM-QCRcornerモデルの予測において, 翼後縁のコーナー部の渦粘性係数が過大となる現象が改善し(図1の渦粘性係数の部分), コーナー剥離の大きさが実験結果と約10%の差異で一致した. 特に, コーナー剥離の長さの予測は, AMM-QCRcornerモデルの方が航空分野で用いられるSA-QCR2000モデルよりも, 優位性がある結果を得た.
・気液二相流詳細解析コードを用いた噴霧群蒸発の大規模解析結果を用いて, 液滴間干渉による蒸発量変化のモデル化を行った. また, 燃焼を考慮できるように解析コードを修正し, 複数液滴による液滴燃焼の解析を行った.
図1: AMM-QCRcornerモデルを用いたNASA Juncture Flowの予測(翼後縁の摩擦係数と渦粘性係数の分布)
図2: 複数液滴による蒸発燃焼解析(温度分布)
成果の公表
-査読付き論文
S. Shima, K. Nakamura, H. Gotoda, Y. Ohmichi, and S. Matsuyama, "Formation mechanism of high-frequency combustion oscillations in a model rocket engine combustor," Physics of Fluids 33, 064108 (2021).
Y. Mizobuchi, "Large deformation effects on the combustion structure of a hydrogen/air rich premixed flame," Combustion and Flame 239 (2022).
-口頭発表
南部太介, 溝渕泰寛, "液滴群蒸発の大規模解析, "第53回流体力学講演会/第39回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
阿部 浩幸, 大川 博文, 小西 通公, 溝渕 泰寛, 藤田 直行, 村上 桂一, 青山 剛史, "JAXA航空技術部門における乱流DNSデータベースの構築," 第53回流体力学講演会/第39回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム.
阿部 浩幸, "捩れ乱流境界層のDNS解析 ," 日本流体力学会 年会2021.
P.R Spalart, 阿部 浩幸, "壁乱流のレイノルズ数効果に対する理論とモデリング ," 日本流体力学会 年会2021.
南部太介, 溝渕泰寛, "液滴群蒸発の大規模数値解析とモデル化, "第59回燃焼シンポジウム
阿部 浩幸, "捩れ乱流境界層の乱流構造のDNS解析 ," 日本機械学会 第99期流体工学部門講演会.
阿部 浩幸, 南部 太介, 溝渕 泰寛, "非線形AMMモデルを用いた翼胴結合部のコーナー剥離の予測 ," 第35回数値流体力学シンポジウム.
JSS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: 48 - 2632
- 1ケースあたりの経過時間: 168 時間
JSS3利用量
総資源に占める利用割合※1(%): 2.92
内訳
JSS3のシステム構成や主要な仕様は、JSS3のシステム構成をご覧下さい。
| 計算システム名 | CPU利用量(コア・時) | 資源の利用割合※2(%) |
|---|---|---|
| TOKI-SORA | 68977611.00 | 3.36 |
| TOKI-ST | 128416.93 | 0.16 |
| TOKI-GP | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-XM | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-LM | 7640.72 | 0.57 |
| TOKI-TST | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-TGP | 0.00 | 0.00 |
| TOKI-TLM | 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 | 1119.16 | 1.11 |
| /data及び/data2 | 86192.00 | 0.92 |
| /ssd | 8216.06 | 2.12 |
| アーカイバシステム名 | 利用量(TiB) | 資源の利用割合※2(%) | J-SPACE | 67.21 | 0.45 |
|---|
※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.
ISV利用量
| 利用量(時) | 資源の利用割合※2(%) | |
|---|---|---|
| ISVソフトウェア(合計) | 1035.88 | 0.73 |
※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(2021年2月～2022年1月)