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: R23JCWU07

利用分野: 連携大学院

PDFはここからダウンロード

• 責任者: 沖田耕一, 研究開発部門第四研究ユニット
• 問い合せ先: 富岡定毅(研究開発部門第四研究ユニット)(tomioka.sadatake@jaxa.jp)
• メンバ: 富岡 定毅, 西口 拓伸, 伊藤 竜大

事業概要

完全再使用の宇宙輸送システムの実現によって輸送コストを劇的に引き下げ, 宇宙利用の拡大を図る. 完全再使用化で要求されるシステム重量余裕を, 飛行中の空気を吸い込むエアブリージングエンジンの搭載で実現する. エアブリージングエンジンのコアとなるスクラムジェットエンジン及びロケットエンジンと組み合わせた複合エンジンの性能予測をCFDで可能とするために, 特に剥離を伴う複雑な燃焼器内反応流れのCFDによる予測手法を確立し, 燃焼制御手法の提案に結びつける.

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

燃焼器においては超音速・亜音速の混在する複雑流れに燃焼反応が組み合わさっており, その再現にLES手法あるいはLES/RANSのHybrid手法が有用であることが示されてきた. 同CFD計算には大きな計算資源が必要で, JAXAスパコンを利用することである程度の期間で計算解を得て, 更に計算手法の改良などを行える.

今年度の成果

スクラムジェット燃焼器において, 燃料噴射方法による燃焼特性変化を調べるために, いずれも噴射器下流に保炎用キャビティーを持つ配置で, 従来型の垂直噴射と, 上流向き噴射の比較を行った. CRUNCH CFDを用いてLES/RANS ハイブリット法による非定常解析を行った結果, 垂直噴射ではキャビティー内の火炎を起点に主流中の燃料に燃焼が広がるCavity flame形態をとるのに対して, 上流向け噴射ではキャビティー内の火炎が上流の噴流迄伝播して, 噴流が燃焼しながら気流に貫通するJet-wake flame構造を取ることが分かった(図1). この違いと, 気流と噴流の干渉による混合促進効果で, 上流向き噴射において高い混合効率・燃焼効率を達成した(図2).

図1: 瞬間場(左図)および平均場(右図)における静温分布(上段垂直噴射, 下段上流向き噴射)

図2: 混合効率及び燃焼効率の比較

成果の公表

-査読付き論文

H. Nishiguchi, et al., ‘Unsteady Numerical Analysis of a Dual-Mode Scramjet Combustor with a Cavity,’ Trans. JSASS, 66 (2023), pp. 103-117.

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: 32 – 9600
• 1ケースあたりの経過時間: 60 時間

JSS3利用量

総資源に占める利用割合※1(%): 0.65

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)