2001 Fiscal Year Annual Research Report
Project/Area Number |
11650173
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Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
Principal Investigator |
松野 謙一 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 教授 (70252541)
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Keywords | 衝撃波 / 自励振動 / 圧縮性流体 / 超音速流 / 噴流 / 数値解析 / 計算流体力学 / 周波数解析 |
Research Abstract |
超音速ジェット中に生ずる自励振動現象の数値シミュレーションに関する様々な問題点を解明し、現象を正確に数値解析するために計算スキームが具備すべき要件を明らかにすることを目的として、平成11年度および12年度に引き続いて数値実験を行った。本年度は、(1)軸対称壁面衝突ジェットおよび(2)スパイクを持つ鈍頭物体のバウ衝撃波振動現象を対象とした。 平成11年度の成果から、渦の発生機構はともかくとして、自励振動現象は非粘性的な運動メカニズムが重要ではないかとの示唆が得られたので、平成12年度は、この件に関して重点的に数値実験を行った。流れ場の大局的な力学現象は、オイラー方程式が支配的であることが確認されたものの振動周波数に関しては実験値と1〜2割の隔たりを示した。これを受けて、平成13年度は、実験事実で流れの三次元性が見られることから、計算モデルを軸対称モデルから3次元モデルに拡張して、数値実験を行なった。その結果、三次元モデルは、軸対称モデルより実験に近いデータを示し、幾何学的には軸対称形でも、振動現象は三次元的に発生していることが判明した。一連の数値実験から、衝撃波の自励振動は、三次元的に起こっており、その主要メカニズムは、非粘性な特性で支配されている。この現象の数値シミュレーションは、高精度の風上法を用いても特段の改善が見られるわけではなく、中心差分に人工粘性付加の方法でも本質的には変わらない。ただ計算格子幅は、重要で、格子幅が大きすぎると内在する数値粘性効果が影響し、振動現象が捕らえられない場合があることが判明した。 なお、本研究テーマの中で付随した成果として、振動現象を高分解能で捕らえる観点から、新しい数値計算法として、衝撃波等の流れの急変する領域に効率的に計算格子を自動的に集中させる解適応格子法と、移動格子の上で構成した新しい有限体積法とを組み合わせた「移動格子有限体積法」を提案したが、本年度に於いて更に検証計算を継続して行い、その衝撃波白励振動現象の解析に対して有効であることを示した。
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[Publications] Kenichi Matsuno: "A Moving-Mesh Finite-Volume Scheme for Compressible Flows"Computational Fluid Dynamics 2000, Springer. 705-710 (2001)
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[Publications] Kenichi Matsuno: "Adaptively-Moving-Grid Simulation of Unstedy Shocked Flows"ISTS-2002-e-22, Proceedings of 23rd International Symposium on Space Technology and Science. 1-6 (2002)