JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2023年2月～2024年1月)

報告書番号: R23JDA201G23

利用分野: 航空技術

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• 責任者: 溝渕泰寛, 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: 松山 新吾(matsuyama.shingo@jaxa.jp)
• メンバ: 原田 昌紀, 廣光 永兆, 井口 小太郎, 日下部 侑汰, 森合 秀樹, 棟長 光太朗, 松山 新吾, 三好 大晴, 谷口 雄一

事業概要

航空用エンジン・ロケットエンジンにおける燃焼器開発を効率化するために設計プロセスへ燃焼現象を高忠実に再現可能なLESを組み込みたいというニーズは高いが, 燃焼LESは計算コストが非常に大きいため実際の開発において設計プロセスに広く組み込まれているとはいいがたい. 本研究では, 低次元化モデリング(ROM)などにより燃焼LESを燃焼器設計に利用可能なレベルまで低コスト化することを目指す.

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

ROMなどの手法によりモデリングを行うにあたり高忠実な燃焼LESのデータが必要となるが, 燃焼LESでは化学反応により生じる多数の化学種に関する支配方程式を三次元非定常問題として解かなければならない. このような解析は計算コストが非常に高く, スーパーコンピュータを使用しなければ実行は不可能である.

今年度の成果

マッハ2の超音速キャビティ流れについてimplicit LES(ILES)による三次元解析を実施した. 空間高次精度化(スカラーを三次, 速度成分を五次で高次精度化)により, 160万セルという比較的粗い格子を用いた計算で超音速キャビティ流れの三次元的な構造を捉えることができた. JSS3の32ノード(1536コア)を使用して1ケースあたり約7時間で計算が完了した.

図1: ILESにより得られた超音速キャビティ流れの様子. マッハ数(上図)および温度(下図)の分布を表示.

図2: ILESにより得られた超音速キャビティ内の瞬時速度場の様子.

成果の公表

-口頭発表

1) 三好 大晴, 原田 昌紀, 森合 秀樹, 松山 新吾, “ロケットエンジン用同軸型噴射器の流れ場に関する研究”, 第55回流体力学講演会/第41回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム, 2023.

2) 三好 大晴, 原田 昌紀, 松山 新吾, 森合 秀樹, “ロケットエンジン同軸型噴射器の流れ場解析における素反応モデルの影響に関する研究”, 第61回燃焼シンポジウム, 2023.

3) 井口 小太郎, 棟長 光太朗, 松山 新吾, 森合 秀樹, “スクラムジェットにおけるキャビティ保炎器流れ場の低コスト予測に関する研究”, 第63回航空原動機・宇宙推進講演会, 2023.

4) 井口 小太郎, 棟長 光太朗, 森下 洋平, 福澤 慧, 松山 新吾, 森合 秀樹, “ロケットエンジン用同軸型噴射器の 流れ場可視化に関する研究”, 第63回航空原動機・宇宙推進講演会, 2023.

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: OpenMP
• プロセス並列数: 18 – 64
• 1ケースあたりの経過時間: 48 時間

JSS3利用量

総資源に占める利用割合※1(%): 0.55

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。

※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

※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(2023年2月～2024年1月)