対称軸近傍における衝撃波干渉の実験的、数値解析的研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650165
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 斎藤 務 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (00302224)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高山 和喜 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (40006193)
• Keywords: 衝撃波 / 正常反射 / マッハ反射 / 定常反射 / 非定常反射 / 非正常反射 / 軸対称流れ / 衝撃波反射

Research Abstract

1948年にクーラン・フリードリクスにより、軸対称衝撃波の軸上での反射形態として理論的には非正常反射(Mach反射)のみが可能であるとの結論が導き出されている。衝撃波の平板上での斜め反射に関しては正常および非正常反射が可能であり、このクーラン等の結論は多くの研究者の興味をひいた。その後多くの実験的研究がなされ、小さな入射角の軸対称流れについて、対称軸付近で一見正常反射と見られるような画像が数多く記録された。この理論との不一致については、これらの実験結果ではマッハディスクが小さすぎて観測されなかっただけであろうといわれているが、このことについての結論はまだでていない。さらに1992年、ソコロフによって対称軸では常に非正常反射となることについて、空気力学的メカニズムが理論的に示された。それによれば対称軸に近づくにつれ、衝撃は徐々にその強さを増し、その結果対称軸付近では常に入射角が遷移角を上回る様になるというのである。しかしながら彼の説明にしても説得力のある実験あるいは数値解析による証明はなされていない。
過去10年ほどの間、衝撃波の対称軸での非定常反射について、非常に湾曲したマッハディスクとその背後にトロイダル渦を含むような複雑な流れ場が現れることが、多くの数値計算によって示されるようになった。今回、本課題提案者らは非構造格子上での自動格子細分化法を用いた衝撃波捕獲数値計算コードを開発して、実験では実現する事の難しい非常に高い空間解像度での数値模擬を行い、軸上での衝撃波の反射がMach反射になる事を初めて示すことができた。

Research Products

• [Publications] B.W.Skews, N.Menon, M.Bredin, E.Timofeev: "An experiment on imploding shock waves"Shock Waves Journal. 323-326 (2002)
• [Publications] E.V.Timofeev, P.A.Voinovich, A.O Galyukov, T.Saito, K.Takayama: "ON THE ADOPTIVE UNSTRUCTURED SIMULATIONS OF BLAST WAVE PROPAGATION AND ATTENUATION IN COMPLEX GEOMETRIES AND VARIOUS MEDIA : AN ILLUSTRATED REVIEW"Computational Fluid Dynamics JOURAL. 12(印刷中). (2003)