希薄気体流れの数値解析におけるDSMC/NSハイブリッドスキームの開発

• Project/Area Number: 07650194
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Fluid engineering
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 松本 裕昭 横浜国立大学, 工学部, 助教授 (10251753)
• Project Period (FY): 1995
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1995)
• Budget Amount: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 1995: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: 希薄気体流れ / DSMC法 / Navier-Stokes方程式 / 局所クヌーセン数 / クヌーセン層 / ハイブリッド

Research Abstract

本研究では、Navier-Stokes方程式による解析が困難とされる希薄気体流れの領域を、工学上必要とされる精度内で、Navier-Stokes(NS)方程式により解析する手法の開発を目標として、連続流の仮定が成り立たないクヌーセン層のモデル化、および希薄気体流れ領域の解析手法で現在のところ最も信頼性の高いDSMC法とNS方程式による解析手法のハイブリッドスキームの開発を目的としている。本年度研究実績として以下の結果が得られた。
1.平板まわりの希薄気体流れをDSMC法およびNS方程式による解析法を用いて広い範囲のクヌーセン数、マッハ数にわたり詳細に解析した。その結果、局所クヌーセン数が0.05以上となる領域で、NS方程式の適応が困難となることが判明した。
2.局所クヌーセン数が0.05以上となる領域に対して、NS方程式による解析にDSMC法の結果を取り入れた計算コードを作成し、それを検証したところ全領域でDSMC法の解と一致することが分かった。従って、クヌーセン層のモデル化等によりNS方程式の解析手法が希薄気体領域の解析に拡張できる可能性のあることが確認された。
3.DSMC法の解析結果を基にクヌーセン層の速度分布の相似性を検討した。平板近傍気体の速度勾配および、平板と垂直方向の温度から計算した摩擦速度を用いると、平板近傍の速度分布にある程度の相似性があることが判明した。更に詳細な検討をおこなえば、よりよい相似則が構成できる可能性があり、一般性のあるクヌーセン層のモデル化ができると考えられる。