移動境界非圧縮流れに対するラグランジュ直接解法の適用と検証に関する研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455083
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 亀本 喬司 横浜国立大学, 工学部, 教授 (30018022)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 横井 嘉文 横浜国立大学, 工学部, 助手 (10242380) ; 松本 裕昭 横浜国立大学, 工学部, 助教授 (10251753)
• Keywords: 移動境界 / 非定常非圧縮粘性流れ / ラグランジュ直接法 / 離散渦法 / 流体関連振動 / 振動物体 / Lock-in

Research Abstract

本研究では、実用性および汎用性の高い、EWSまたはパーソナルコンピュータ等の小規模計算機で実行できる移動境界を含む非定常非圧縮粘性流れの解析手法の確立を目的とし、これまでに発展させてきたラグランジュ直接解法としての高精度渦法に移動境界条件を取り入れた解析技法を新たに開発した。その技法を典型的な移動境界を持つ流れの問題である、振動物体まわりの流れ解析に適用した。また、同一条件の系統的な水槽実験を合わせて行い、手法の有効性の評価、検証を行った。本年度の研究実績として以下の結果が得られた。
流れと垂直方向または平行方向に強制振動する円柱まわりの流れ解析に適用した結果、円柱の振動数と後流に形成される渦の発生周波数が同期するLock-in現象が再現され、計算によって得られたLock-in現象が生じる円柱の振動数と振幅の領域は、実験結果と非常に良く一致した。また、後流に形成される渦の構造についても実験結果をよく再現し、特に流れと平行方向に振動させた場合に観測される、非対称のカルマン渦配列から、対称の双子渦配列への変化、並びにそれが形成される円柱の振動条件についても実験結果を極めてよく再現することが確認された。
更に、水槽を用いた系統的な可視化計測実験を行い、計算結果の妥当性を確認した他、現在あまり詳しく調査されていない流体関連振動問題における、過度特性等を計測し、現象の解明、シミュレーションの検証用データベースの作成に着手した。
また、開発したシミュレーション技法を実際の流体機械の流動特性や振動翼まわりの流れ解析に適用し、流体機械の性能向上の解析等への適用の可能性を明らかにした。

Research Products

• [Publications] K.Kamemoto, et al.: "On the extensive applicability of vortex methods to prediction of flow-induced vibration problems." Flow-Induced Vibration.205-213 (1995)
• [Publications] K.Kamemoto, et al.: "Analysis of Unsteady Characteristics of Flows through A Centrifugal-Pump Impeller by an Advanced Vortex Method." Hydraulic Machinery and Cavitation. 729-738 (1996)