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- れれ たけはな
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1 STAR Japanese Conference 2017 プラントエンジニアリングに向けた 圧縮性解析ベンチマーク計算 2017/07/07 千代田化工建設株式会社 西口誠人 石神隆寛 前川宗則
2 発表内容 1. 会社概要 事業内容 2. ベンチマーク事例 超音速ノズル マッハディスク 高音速キャビティ 3. まとめ 1
3 会社概要 商号 設立 資本金 千代田化工建設株式会社 (Chiyoda Corporation) 1948 年 ( 昭和 23 年 ) 1 月 20 日 433 億 96 百万円 代表取締役社長山東理二 従業員数 5,367 名 ( 連結 ) 1,505 名 ( 単体 ) (2017 年 3 月 31 日現在 ) 事業内容 本社 Web site 写真提供 : サハリン エナジー インベストメント社 エネルギー 化学 医薬品 バイオ FA 等のプラント 施設およびこれらの環境保全に関する計画 設計 機器調達 試運転 運転 保全管理コンサルティング並びにトレーニング 研究開発 技術サービス プロジェクトマネジメント 神奈川県横浜市 写真提供 : カタールガス社 2
4 事業内容 プラント建設フェーズ 運転保守フェーズ 事業計画フェーズ プロジェクトライフサイクルエンジニアリング Project Life Cycle 豊富なプラント建設実績から得られた技術と知見を活用 展開 技術開発及びその商業化サポート 事業計画から建設 運転支援 メインテナンス (O&M) 千代田化工 HP より 3
5 CFD 適用対象例 プラント設計 Plant Design 研究開発 Process Development Hot Air Recirculation Study Air pollution control Fired Heater Applied field Computational Fluid Dynamics Agitator tank Bubble Column Agitator tank A1 A2 B1 B2 C1 C2 D1 D2 Cyclon オペレーション Operation & Maintenance & メンテナンス Flow distribution at piping Particle transport piping Flow pattern in connection point トラブルシューティング Trouble Shooting 4
6 近年の傾向 生産量の増大に伴いサイズ UP 設計高度化の必要性 圧縮性を考慮した解析技術 5
7 プラントエンジニアリングでの圧縮性流れの例 安全弁下流の高流速流れ昨今では騒音に起因する振動問題に対し 検討が求められるようになった ボイラ内部の共鳴問題従来評価が難しかった騒音源の振幅などが評価できれば 対応力が高まる プラントエンジニアリングでは圧縮性内部流れに起因した設計上の課題が多い 商用流動解析コードを用いた圧縮性流れの適用範囲 予測精度を確認する必要あり 圧縮性計算のベンチマークを実施した 6
8 ベンチマーク事例 7
9 ベンチマーク事例 論文などで報告されている 以下の 3 つの事例を対象にした 超音速ノズル ( 定常計算 :Mach= 約 1.2~1.3) Point: 比較的マッハ数低い (Mach<1.3) 衝撃波の位置など Flow マッハディスク ( 定常計算 :Mach= 約 3.8~6.0) Point: 比較的マッハ数高い Flow (1.3<Mach) マッハディスクの形など Lm Dm 高音速キャビティ ( 非定常計算 :Mach= 約 2.0) Point: 比較的マッハ数高い (1.3<Mach) 圧力波のフィードバック現象など Mach=2.0 8
10 超音速ノズル 9
11 解析対象 Sajben Transonic Diffuser (Two dimensional, experiment) (NASA Web Site: Flow 1.4h thr h thr 1.5h thr 4.04h thr x 8.65h thr y x h thr =1m 解析対象図 Flow Conditions Total Pressure (kpaa) 135 Total Temparature (deg K) 280 Static Pressure (kpaa) 111 入口全圧力 入口全温度 出口圧力 10
12 解析メッシュおよび計算条件 Total P: PaG Total T: 280 K Turbulent viscosity ratio:2.0 No slip wall Adiabatic y x No slip wall Adiabatic P: 9336 PaG (Total T: 280 K) (Turbulent viscosity ratio:10.0) メッシュサイズ x 方向 :0.08m~0.3m y 方向 :1e-4m~0.08m y + = 0.23 ~1.99 (Ave. 1.12) メッシュ数 :
13 計算手法 starccm+, 実験に加え他社 software A の計算も行い比較した 定常 非定常解析 定常計算 乱流モデル RANS SST k-w Starccm+ / software A 計算スキーム Coupled ( 近似リーマン解法 ) 流体 計算精度 Ideal gas (air) 乱流モデル :2nd-order 運動方程式 エネルギー方程式 :MUSCL 3rd-order 勾配 :2nd-order 12
14 Pabs / P0 Pabs / P0 実験値比較主流方向圧力分布 TOP wall y x BTM wall P0: 入口全圧力 1 BTM wall 1 TOP wall starccm+ sotware A Experiment x/h starccm+ 0.2 software A Experiment x/h starccm+, software A の共に圧力分布は実験と良好に一致 13
15 u [m/s] u [m/s] 実験値比較壁垂直方向速度分布 y x= x x=1.73m starccm+ software A Experiment y/h x=2.88m starccm+ software A Experiment y/h starccm+ と software A の速度分布はほぼ一致 14
16 u [m/s] u [m/s] 実験値比較壁垂直方向速度分布 y x= x x=4.61m starcccm+ software A Experiment y/h x=6.34m starccm+ software A Experiment y/h 15
17 マッハディスク 16
18 評価方法 ストレートノズル後流に生じるマッハディスクを対象としたベンチマーク解析を実施 下記の値を実測値と比較して starccm+, software A, software B を評価 マッハディスク Flow ノズル Lm Dm 1. マッハディスク径 : Dm 2. マッハディスク距離 : Lm CFD 解析結果の一例 17
19 解析モデル 流体物性 : Air Ideal Gas 乱流モデル : SST k-w 境界条件 Total pressure inlet: 50, 100, 250, 500,1000 [kpa] Total temperature: [K] Turbulent Intensity : 0.1 Viscosity Ratio : 1.0 Wall Pressure outlet: 5 [kpa] Back Flow Temperature: [K] Turbulent Intensity : 0.1 Viscosity Ratio : 1.0 Flow 軸対象モデル 18
20 解析メッシュ 241,741 node, 120,150 elements 19
21 計算手法 starccm+, 他社 software A に加え他社 software B の計算も追加した 定常 非定常解析 定常計算 乱流モデル RANS SST k-w Starccm+ / software A/ software B 計算スキーム Coupled ( 近似リーマン解法 ) 流体 計算精度 Ideal gas (air) 乱流モデル :2nd-order 運動方程式 エネルギー方程式 :MUSCL 3rd-order 勾配 :2nd-order 20
22 解析結果マッハディスク直径と位置 マッハディスク直径と位置 : 予測式との比較 マッハディスク直径 Lm/D,software B Lm/D,software A Dm/D,StarCCM+ Dm/D con マッハディスク距離 Lm/D,software B Lm/D,software A Lm/D,Starccm+ Lm/D T 0 /T out T 0 /T out D D m 0.36 P P b 0.5 予測式 Lm D P 0.65 P S. Crist et al, Study of Highly Underexpanded Sonic Jet AIAA Journal Vol. 4, No. 1, b
23 解析結果マッハ数分布図 T 0 /T out = 10 Lm/D~1.96 Dm/D~0.56 Lm/D~1.98 Dm/D~0.38 Software B StarCCM+ Lm/D~1.96 Dm/D~0.47 Software A 22
24 解析結果マッハ数分布図 T 0 /T out = 20 Lm/D~2.79 Dm/D~1.17 Lm/D~2.84 Dm/D~1.08 Software B StarCCM+ Lm/D~2.82 Dm/D~1.1 Software A 23
25 解析結果マッハ数分布図 T 0 /T out = 50 Lm/D~4.62 Dm/D~2.16 Lm/D~4.45 Dm/D~2.33 Software B StarCCM+ Lm/D~4.46 Dm/D~2.48 Software A 24
26 解析結果マッハ数分布図 T 0 /T out = 100 Lm/D~6.6 Dm/D~3.2 Lm/D~6.25 Dm/D~3.45 Software B StarCCM+ Lm/D~6.26 Dm/D~3.81 Software A 25
27 解析結果マッハ数分布図 T 0 /T out = 200 Lm/D~9.32 Dm/D~4.78 Lm/D~9.5 Dm/D~5.6 Software B StarCCM+ Lm/D~9.85 Dm/D~4.12 マッハ数が高い条件では 適切に計算できない可能性があることを確認した Software A 26
28 超音速キャビティ 27
29 超音速キャビティ計算対象 超音速キャビティ解析対象論文 Li et al., Effects of shear-layer characteristic on the Feedback-loop Mechanism in supersonic open cavity flows, 49th AIAA, 2011 主流マッハ数 M=2.0 Outlet は勾配ゼロ境界条件 D を代表長さとしたレイノルズ数 Re=10 5 Wall *No-slip Outlet 4D inlet 4D 0.6D D D View A 2D Wall *No-slip D D 2D View A 28
30 本検討で使用した解析条件 流入条件 全圧力 : P t = PaA 平均流入速度 : u 0 = 約 [m/s] 全温度 : T t = [K] 流出条件 Zero-gradient inlet Wall Outlet 物性値 Flow 4D 流体 : Air (Ideal) 粘度 :μ =1.724 x 10-5 [Pa-s] 比熱 :C p = [J/kg/s] Wall D D 2D D=0.002 [m] 29
31 本検討で使用した解析メッシュ メッシュは論文記載と同じにした メッシュ数 : 約 480 万メッシュ y+: 最大 15 クーラン数 : 平均 1.0 以下 瞬時場 y+ 分布図 30
32 計算手法 Starccm+, software B 定常 非定常解析非定常計算非定常計算 乱流モデル LES LES 流体 Ideal gas (air) Ideal gas (air) 計算スキーム Coupled ( 近似リーマン解法 ) Segregated 計算精度 時間刻み 乱流モデル :2nd-order 運動方程式 エネルギー方程式 :MUSCL 3rd-order 時間進行 :2nd-order implicit その他 :2nd-order 1.0 x 10-7 [s] ( 最大クーラン数 1 以下 ) 詳細不明 論文オリジナルコード Numerical flux: the simple high-resolution upwind scheme (SHUS) 粘性項 :6th-order 時間進行 :2nd-order implicit その他 :7th-order weighted nonlinear compact scheme 詳細不明 ( 最大クーラン数 1.2) 31
33 密度勾配分布図 ( 動画 ) dt=1.0 x 10-7 Starccm+ Segregated 32
34 密度勾配分布図 dt=1.0 x
35 解析結果 software B RMS of Non-dimensional Pressure Fluctuation Ratio CFD Result, Li et al. (2011) P1 P2 P1/P software B starccm+, segragated starccm+, coupled software B 34
36 まとめ 35
37 まとめ 高流速流れを対象にした圧縮性を考慮したベンチマーク計算を実施した 比較的マッハ数の低い条件は精度よく計算できることを確認した マッハ数が高い条件では 適切に計算できない可能性があることを確認した 36
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年度 物理化学 Ⅱ 講義ノート. 二原子分子の振動. 調和振動子近似 モデル 分子 = 理想的なバネでつながった原子 r : 核間距離, r e : 平衡核間距離, : 変位 ( = r r e ), k f : 力の定数ポテンシャルエネルギー ( ) k V = f (.) 古典運動方程式 [ 振動数 ] 3.3 d kf (.) dt μ : 換算質量 (m, m : 原子, の質量 ) mm
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2013 Vol.18 No.2 3 24 25 8 22 2 23 26 9 15 20 2 3 4 5 6 7 8 point1 point 2 point3 point4 10 11 point1 point 2 point 3 point 4 12 13 14 15 16 17 18 19 20 http://www.taishukan.co.jp/kateika/ 21 22 23 24
H10Masuki
, 55,2011 2 INJECTION OF HIGHLY OXYGENENATED WATER INTO THE BOTTOM OF DREDED AREA IN LAKE NAKAUMI 1 2 3 Shingo MASUKI, Hiroshi YAJIMA and Yasushi SEIKE 1 ( ) ( 680-8550 4-101) 690-0046 340 2 ( ) 680-8552
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PowerPoint プレゼンテーション
反応工学 Reacio Egieerig 講義時間 場所 : 火曜 限 8- 木曜 限 S- 担当 : 山村 補講 /3 木 限 S- ジメチルエーテルの気相熱分解 CH 3 O CH 4 H CO 設計仕様 処理量 v =4.8 m 3 /h 原料は DME のみ 777K 反応率 =.95 まで熱分解 管型反応器の体積 V[m 3 ] を決定せよ ただし反応速度式反応速度定数 ラボ実験は自由に行ってよい
密集市街地における換気・通風性能簡易評価ツールの開発 (その2 流体計算部分の開発)」
OpenCAE ワークショップ 2013 2013.6.21 密集市街地における換気 通風性能簡易評価ツールの開発その 2 : 流体計算部分の開発 福本雅彦 ( 株式会社森村設計 ) 小縣信也 ( 株式会社森村設計 ) 勝又済 ( 国土交通省国土技術政策総合研究所 ) 西澤繁毅 ( 国土交通省国土技術政策総合研究所 ) 岩見達也 ( 国土交通省国土技術政策総合研究所 ) 概要 換気 通風性能簡易評価ツール
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-1- -2- -3- 0852-36-5150 0852-36-5163-4- -5- -6- -7- 1st 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 -8- 2nd M2 E2 D2 J2 C2-9- 3rd M3 E3 D3 J3 C3-10- 4th M4 E4 D4 J4 C4-11- -12- M5 E5 J5 D5 C5 5th -13- -14- NEWS NEWS -15- NEWS
伝熱学課題
練習問題解答例 < 第 章強制対流熱伝達 >. 式 (.9) を導出せよ (.6) を変換する 最初に の微分値を整理しておく (.A) (.A) これを用いて の微分値を求める (.A) (.A) (.A) (.A6) (.A7) これらの微分値を式 (.6) に代入する (.A8) (.A9) (.A) (.A) (.A) (.9). 薄い平板が温度 で常圧の水の一様な流れの中に平行に置かれている
Q = va = kia (1.2) 1.2 ( ) 2 ( 1.2) 1.2(a) (1.2) k = Q/iA = Q L/h A (1.3) 1.2(b) t 1 t 2 h 1 h 2 a
1 1 1.1 (Darcy) v(cm/s) (1.1) v = ki (1.1) v k i 1.1 h ( )L i = h/l 1.1 t 1 h(cm) (t 2 t 1 ) 1.1 A Q(cm 3 /s) 2 1 1.1 Q = va = kia (1.2) 1.2 ( ) 2 ( 1.2) 1.2(a) (1.2) k = Q/iA = Q L/h A (1.3) 1.2(b) t
PRESS RELEASE (2016/11/29) 九州大学広報室 福岡市西区元岡 744 TEL: FAX: URL:
PRESS RELEASE (2016/11/29) 九州大学広報室 819-0395 福岡市西区元岡 744 TEL:092-802-2130 FAX:092-802-2139 MAIL:[email protected] URL:http://www.kyushu-u.ac.jp 地形起因の大気乱流が大型風車の構造強度に与える影響の評価に成功 - 大規模風力発電の普及 拡大に期待
PLQ-20 取扱説明書 詳細編
2013 Seiko Epson Corporation. All rights reserved. o n h o n n A B o C h h n h A B n C n n A B C A B C A B C D E A B C D E h o h B n C A D E F G n A C B n A B C D C n A B D F G H E n A B D C E F n A h
空力騒音シミュレータの開発
41 COSMOS-V, an Aerodynamic Noise Simulator Nariaki Horinouchi COSMOS-V COSMOS-V COSMOS-V 3 The present and future computational problems of the aerodynamic noise analysis using COSMOS-V, our in-house
<4D F736F F D208F4390B38DC58F49938A8D6595A CA90858D48985F95B F8F43959C82B382EA82BD B5F2E646F6378>
,54,20102 CHARACTERISTICS OF COHERENT STRUCTURE IN COMPOUND OPEN CHANNEL FLOWS WITH DEEP FLOOD PLAIN DEPTH 1 2 3 Katsutoshi WATANABE, Yousuke TOKUMITSU, Haruka YOSHINAGA 1 745-8585 3538 2 3 733-0812 13-7-502
研究成果報告書(基金分)
様式 C-19 F-19 Z-19 CK-19( 共通 ) 1. 研究開始当初の背景近年 地球環境問題に関係して温暖化ガスの削減が急務である 自然エネルギーが究極の解決策であるが現時点での総エネルギー消費量に占める割合は原子力を含めて 18% 程度であり 当分化石燃料に頼らざるを得ないのが現状である 化石燃料を高効率でエネルギーに変換することはエネルギー消費の観点からも また温暖化ガス排出抑制の観点からも望まれることである
研究成果報告書
Simulation Study of Interaction between Alfvén Eigenmodes and Energetic Particles (TAE ) TAE TAE MHD ITER We studied the interaction between Alfvén eigenmodes and energetic particles in fusion plasmas
LMC6082 Precision CMOS Dual Operational Amplifier (jp)
Precision CMOS Dual Operational Amplifier Literature Number: JAJS760 CMOS & CMOS LMC6062 CMOS 19911126 33020 23900 11800 ds011297 Converted to nat2000 DTD Edited for 2001 Databook SGMLFIX:PR1.doc Fixed
Microsoft PowerPoint - 第3回MSBS研究会.pptx
2013 年 3 月 1 日第 3 回 MSBS 研究会 アーチェリー矢の空力特性 MSBS 風洞実験と飛翔実験 電気通信大学大学院宮嵜武 JAXA 杉浦裕樹 円柱境界層 理論解 ( 境界層近似 ): 円柱側面の境界層 ( べき級数解 ) Seban & Bond (1951) J. Aero. Sci. 18 先端部べき級数解 Kelly (1954) J. Aero. Sci. 21 修正版べき級数解
オープン CAE 関東 数値流体力学 輪講 第 4 回 第 3 章 : 乱流とそのモデリング (3) [3.5~3.7.1 p.64~75] 日時 :2013 年 11 月 10 日 14:00~ 場所 : 日本 新宿 2013/11/10 数値流体力学 輪講第 4 回 1
オープン CAE 勉強会 @ 関東 数値流体力学 輪講 第 4 回 第 3 章 : 乱流とそのモデリング (3 [3.5~3.7.1 p.64~75] 日時 :2013 年 11 月 10 日 14:00~ 場所 : 日本 ESI@ 新宿 1 数値流体力学 輪講に関して 目的 数値流体力学の知識 ( 特に理論ベース を深め OpenFOAM の利用に役立てること 本輪講で学ぶもの 数値流体力学の理論や計算手法の概要
第 3 章二相流の圧力損失
第 3 章二相流の圧力損失 単相流の圧力損失 圧力損失 (/) 壁面せん断応力 τ W 力のバランス P+ u m πd 4 τ w 4 τ D u τ w m w πd : 摩擦係数 λ : 円管の摩擦係数 λ D u m D P τ W 摩擦係数 層流 16/Re 乱流 0.079 Re -1/4 0.046 Re -0.0 (Blasius) (Colburn) 大まかには 0.005 二相流の圧力損失液相のみが流れた場合の単相流の圧力損失
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