非平衡凝縮を利用するショックインデューストセパレーションの回避に関する研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08650214
• Research Institution: Saga University
• Principal Investigator: 瀬戸口 俊明 佐賀大学, 理工学部, 教授 (90145186)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中野 智弘 佐賀大学, 理工学部, 助手 (50039260)
• Keywords: 非平衡凝縮 / 凝縮衝撃波 / 圧縮性流れ / 衝撃波 / 境界層 / 湿り空気 / 圧力変動 / はく離

Research Abstract

作動気体として湿り空気を用い,圧縮性流れ場において生ずる非平衡凝縮を伴う流れが,衝撃波や境界層に及ぼす影響について,光学観察と圧力計測により実験的に調べた。また,圧縮性流体の基礎方程式と凝縮理論を連立させ,MUSCL型3次元TVD差分スキームより,凝縮が境界層に及ぼす影響を詳細に明らかにした。得られた結果を要約すると,次の通りである。
1.湿り空気が超音速流れ場で膨張する場合の境界層に及ぼす凝縮の影響
(1)乱流モデルを考慮した凝縮流れの数値計算結果は,実験結果とほぼ一致し,凝縮の発生が境界層内の物理量に及ぼす影響が示された。
(2)凝縮を伴う流れ場の壁面摩擦係数は,凝縮がない場合と比較して減少する。
(3)凝縮の効果が弱い場合には,凝縮領域を含めた流れ方向の境界排除厚さは凝縮がない場合と比べて減少し,凝縮の効果が強くなるとともに凝縮領域背後では減少する。なお,凝縮の効果が強くなると,凝縮領域において境界層排除厚さは増加する。
2.湿り空気が遷音速流れ場で膨張する場合の衝撃波に及ぼす凝縮の影響
(1)初期過飽和度S_0が小さく衝撃波により境界層がはく離する場合,S_0が増加するとはく離が抑制されることが確認された。
(2)S_0の増加とともに,衝撃波定住位置は上流へ移動し,衝撃波による圧力勾配は緩やかになる。
(3)S_0の増加とともに,衝撃波近傍の圧力変動値は小さくなる。また衝撃波背後の圧力変動は,特に高周波成分が抑制される。
以上の結果より,本年度の研究実施計画はすべて遂行されたといえる。

Research Products

• [Publications] Toshiaki Setoguchi: "Effect of Nonequilibrium Homogenous Condensation on Flow Fields in a Supersonic Nozzle" Journal of Thermal Science. Vol.6,No.2. 90-96 (1997)
• [Publications] Shigeru Matsuo: "Effect of Nonequilibrium Condensation of Moist Air on the Boundary Layer in a Supersonic Nozzle" Journal of Thermal Science. Vol.6,No.4. 260-272 (1997)
• [Publications] 松尾 繁: "非平衡凝縮が起音速ノズル内の流れ場に及ぼす影響" 日本機械学会講演論文集. No.988-1. 249-251 (1998)
• [Publications] 瀬戸口俊明: "非平衡凝縮が衝撃波に及ぼす影響" 平成9年度衝撃波シンポジウム講演論文集. 591-594 (1998)