微粒子を含む高速気流中におかれた物体まわりの流れ現象の解明

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04650141
• Research Institution: Muroran Institute of Technology
• Principal Investigator: 杉山 弘 室蘭工業大学, 工学部, 教授 (70002938)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新井 隆景 室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (10175945)
• Keywords: 圧縮性流れ / 固気混相流 / 超音速流 / 鈍頭物体流れ / 微粒子-気体流れ / 衝撃波管 / 衝撃波風洞 / ノズル始動過程

Research Abstract

1.微粒子-気体衝撃波管を用いて,微粒子を含む気体中に置かれた円柱を過ぎる衝撃波の挙動,および衝撃波によって誘起された円柱まわりの微粒子-気体高速流れの特性を、カラーシュリーレン法(本補助金の設備備品費で購入したCCDカメラ,ビデオデッキ,カラービデオモニターを使用)と二重露光ホログラフィー干渉計法で可視化し,調べた.その結果,(1)円柱背後には微粒子の存在しない空白領域が存在すること,(2)円柱背後のよどみ点近傍および対称軸上に粒子濃度の高い領域が存在すること,(3)円柱背後に発生するうずへの粒子のエントレイメントの様相,などが明らかにされた.また,円柱よどみ点上の衝撃圧力の測定がなされ,微粒子を含む場合と含まない場合の衝撃圧力の差異が明らかにされた。
2.微粒子-気体衝撃波風洞ノズル内の微粒子-気体超音速流れが,シュリーレン法とホログラフィー干渉計法で調べられた.その結果,(1)ノズルの始動過程において,微粒子はノズルの中心軸上に集中すること,(2)ノズル内の微粒子-気体超音速流中におかれた鈍頭物体(球)の前方に発生する衝撃波は,微粒子の存在によりその形状は変形すること,などが明らかにされた.
3.反射形微粒子-気体衝撃波周洞ノズルの始動過程が,微粒子-気体流れがモデル化され,数値シミュレートされた.すなわち,Euler方程式およびNavier-Stokes方程式がTVD差分法を用いて数値的に解かれた.その結果,(1)ノズル内の二次衝撃波の形成過程,(2)二次衝撃波がノズル壁面上で発達する境界層と干渉し,分枝衝撃波となること,などが明らかにされた.

Research Products

• [Publications] 三上 英寿・杉山 弘 ほか: "衝撃波風洞内の流れに関する実験的および数値解析的研究" 日本機械学会講演概要集. No.922-1. 67-69 (1993)
• [Publications] 杉山 弘: "衝撃波現象の基礎と応用" 日本機械学会第32回北海道支部講習会「先端技術の動向と地域で生れた応用例」教材. 1-9 (1994)
• [Publications] 杉山 弘(分担執筆): "流れの可視化今・昔-流れの可視化シンポジウム20年を記念して-" 可視化情報学会, 288 (1994)