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

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01460111
• Research Institution: University of Tokyo, Faculty of Engineering
• 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 / 二方程式乱流モデル / タ-ボ機械 / 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、前年度に完成させた遷音速流れであるATP(Advanced TurboーProp)プロペラのナビエ・スト-クス解法を、疑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だったのに対し、フランシス水車の計算では壁法則を利用した高レイノルズ数モデルの採用により格子点数を3万と大幅に減少させた。
疑似圧縮性解法では、フランシス水車流れの非粘性解析(オイラ-解析)につづいて乱流解析を実行した。粘性の影響による強い二次流れなどが現れ、合理的な流れのパタ-ンを得ることができた。設計流量の計算であるため、圧力分布などの定量的なデ-タにおいて、オイラ-解析結果と大きな差異はみられなかったが、粘性による平滑化のため圧力ピ-クが減少する傾向を得た。
ロ-ザンヌ工科大学にて行なわれたGAMMワ-クショップの実験デ-タとの比較では、速度・圧力分布や水車の性能を予測し、定量的にも一致する結果を得た。計算時間はEWSのTitanで約10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。
膨大なデ-タ量である3次元計算結果を容易に理解すべく、グラフィックスワ-クステ-ションを利用して画像表示するシステムを完成した。計算領域内を自由に動きながら、あるいは拡大しながら流れ場を観察することができる。プログラムの効率的な開発に有用であり、また研究者との討議の際に流れ場の詳細な資料を提供できる。

Research Products

• [Publications] Chuichi Arakawa: "Numerical Simulation of Francis Runner Using PseudoーCompressibility" Proc.Of IAHR Symposium 1990 Yugoslavia:. Vol.C1. 1-10 (1990)
• [Publications] Chuichi Arakawa: "Computational Simulation of Francis Runner Using PseudoーCompressibility" ASME Paper for First Joint ASMEーJSME Fluids Engineering Conference. (1991)