スカラー確率密度関数法による乱流噴流拡散火炎のモデリングに関する検討

摘要

乱流燃焼の数値シミュレーションにおいて，近年の計算機性能の向上とともに，より複雑でまた広い範囲の解析が行われている．例えば，直接シミュレーション(Direct numerical simulation, DNS)の解析では，Tanahashiら［1］は乱流予混合火炎の解析を行い，コヒーレント微細スケール渦と火炎との相互作用について検討した．またSreeohara ら［2］は非予混合気中での自着火現象について解析を行い，その解析データをもとに従来のモデルの検討を行った．このようにDNS解析は乱流燃焼の物理および化学現象の詳細を解明する上で強力な手法であるが，その計算負荷は今なお大きく，解析領域は小さな領域に限定される．このため，実用的な乱流燃焼の解析にはモデリング手法が必要となる．モデリング手法として，層流火炎片モデル(Laminar flamelet model, IFM)法［3］，確率密度関数(Probability density function, PDF)法［4］，条件付モーメントクロージャ(Conditional moment closure, CMC)法［5］， Large eddy simulation(LES)法［6,7,8］などがある．これらの手法は実用規模の解析に幅広く適用されているが，解析精度の改善あるいは乱流浮上がり火炎や多相燃焼等の複稚な燃焼場での適用を考えると，更なるモデリングの改良が求められている．