圧縮性解法による極低マッハ数および非圧縮性流れの効率的数値計算法の確立

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01460111
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 荒川 忠一 東京大学, 工学部, 助教授 (30134472)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 正己 東京大学, 工学部, 助手 (30171250) ; 岡本 恒 東京大学, 工学部, 助手 (70011153) ; 藤井 孝蔵 宇宙科学研究所, 助教授 (50209003)
• Keywords: 数値流体力学 / 乱流計算 / 近似因子分解法 / TVDスキ-ム / 二方程式流モデル / フランシス水車 / ATPプロペラ

Research Abstract

近似因子分解法の効率的な陰的解法によって、圧縮性流れのATP(Advanced Turbo-Prop)プロペラのナビエ・スト-クス解法を完成させ、これを擬似圧縮性の手法を利用してフランシス水車へ応用した。ATPプロペラの計算は、二方程式の低レイノルズ数乱流モデルを利用して、壁面付近に多数の格子点を配置するため、総数30万点の大規模計算になるが、フランシス水車の計算では高レイノルズ数モデルの採用により格子数3万に減少させ、EWSに計算にも耐えられるようにすることを目標にした。
擬似圧縮性解法では、二次元翼などの基礎的な流れで圧力を伝播速度を決めるパラメ-タを決定し、フランシス水車流れの非粘性解析(オイラ-解析)を実行した。速度・圧力分布や水車の性能を予測した結果、ロ-ザンヌ工科大学にて行なわれたGAMNワ-クショップの実験デ-タと、定量的にも一致する結果を得た。計算時間はEWSのTitanで約6時間と、他の手法に比べて大幅に計算時間を短縮することに成功している。
高レイノルズ数モデルを導入した乱流計算では、羽根車の前縁付近の層流や遷移といった現象を表現できないため、数値計算の安定性を損なうことがある。TVD手法によって必要最小限の数値粘性を与えているものの、乱流モデルの適用範囲を越えているため、その矛盾から計算の発散を誘引する。この対策として、前縁近傍において、平板乱流境界層の実験式を強制的に与えるといった手法を検討中である。

Research Products

• [Publications] 谷口伸行: "ヴォロノイ分割を用いた有限体積法による流れ場計算手法の構成" 日本機械学会論文集. (B編)55-513. 1324-1328 (1989)
• [Publications] Yuichi Matsuo: "Navier-Stokes Simulations Around a Propfan Using Higher-Order Upwind Schemes" AIAA-paper AIAA-89-2699. (1989)
• [Publications] Yuichi Matsuo: "Navier-Stokes Simulations Around a High-Speed Propeller" A Collection of Technical Papers ISCFD-NAGOYA 1989. 554-559 (1989)
• [Publications] Makoto Yamamoto: "Development of a New Low-Reynolds-Number Type Reynolds Stress Model and its Application to a Lobe Mixer Flow" Proc.of Seventh Symposium on Turbulent Shear Flows. 13.3.1-13.3.6 (1989)
• [Publications] 谷口伸行: "一般座標系有限体積法による自動車まわり流れの数値シミュレ-ション" 日本機械学会論文集. (B編)55-518. 3026-3032 (1989)
• [Publications] 鮫島正太: "擬似圧縮性を用いたフランシス水車流れの数値解析" 第3回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 579-582 (1989)
• [Publications] 田古里哲夫: "流体工学" 東京大学出版会, 303 (1989)