一様圧縮性乱流のモデリングと高精度大規模数値計算による研究

• Project/Area Number: 07750179
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Fluid engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 服部 裕司 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (70261469)
• Project Period (FY): 1995
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1995)
• Budget Amount: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1995: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 圧縮性乱流 / 乱流モデル / 大規模数値計算 / 渦衝撃波干渉 / 乱流騒音 / 乱流予混合火炎 / 乱流燃焼速度

Research Abstract

第一に、圧縮性乱流における素過程として重要である渦と衝撃波の相互作用について高精度直接数値計算コードの開発と数値解析を行なった。渦と衝撃波の強さに応じて衝撃波の正常反射及びマッハ反射に相当する現象が見られることを確認し、相互作用により発生する音波の生成メカニズムを解明し、これより音波の極性を説明することに成功した。
圧縮性乱流中では渦の非線形相互作用による乱流騒音が発生する。乱流騒音の数値的研究へのステップとして、渦輪の衝突に伴って発生する空力音の高精度直接数値計算コードの開発と数値解析を行なった。渦輪の正面衝突の場合について、大気圧に比べて微小な音圧を精度良く捉えることができ、実験結果とも良く一致することを確認した。特に、音波が単極音成分と四重極音成分に分解されることが非常に高い精度で示された。また、実験では困難である空力音理論との定量的比較を行ない、空力音理論の精度を検証した。その結果、本来低マッハ数における近似理論である漸近接続展開による理論が、ある程度高いマッハ数においても正しいことがわかった。さらに、空力音の発生機構を、渦に備わっている音源の非定常運動の立場から説明できることを示した。渦輪の斜め衝突の場合についても計算を行ない、渦輪の切りつなぎに関連して単極音成分、四重極音成分に加えて八重極音成分が大きく現れることを確認した。
乱流燃焼については、予混合火炎の乱流燃焼速度の圧力依存性について、最新の興味深い実験結果との比較解析を行なうため、スペクトル法による大規模直接数値計算コードを開発した。コードの検証を終え、現在数値計算と解析を行なっている。