2018 Fiscal Year Annual Research Report
Formulation of Compressible and Not Expanding Fluid Dynamics and Study on Its Application to High-Speed Dense Dusty Flow
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16H04585
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
鈴木 宏二郎 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (10226508)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 航空宇宙工学 / 粉体流 / 数値流体力学 / 圧縮性流体力学 / 衝突現象 / バリスティックレンジ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
圧縮するが膨張はしない（CNE）流体モデルにおいて、非可逆的圧縮を表現する圧力と密度の状態方程式を2次以上の多項式で与えることにより、密度上昇とともに音速が上昇して硬化する性質を表現できる。実験で観察されたダスト粒子カーテン中を進む球形飛翔体前方の離脱衝撃波はこの硬化モデルで再現することができた。逆に、ダスト粒子カーテンの衝突実験結果を再現するように圧力-密度多項式の係数を決定することも可能である。飛翔体前方の離脱衝撃波と衝撃層、背面の粒子のない航跡等の形成過程を数値シミュレーションによって再現し、飛翔体の進行とともにその周りのダスト粒子流れ場は定常状態に近づくことがわかった。
CNE流体モデルは、衝突問題に限らず、潰れて凝集していく性質を持った流動現象一般を想定している。惑星科学における重要課題の一つである原始太陽系ダスト円盤からの惑星系形成シミュレーションについて、重力を考慮した試計算を行い、その適用可能性を示した。複数種類の粒子の混合や雰囲気ガスの存在などは、今後、モデルを拡張していく際の重要なポイントとなる。
中空の円筒ボディの前面に布を縫い付けて発射することで、布状のダストシールドの実験を行う手法を開発した。衝突により粉砕、微粒子化されたダストが繊維の隙間に堆積し、それが布状シールドのダメージを高めることが示唆された。また、布に金属スパイクを突出させることでダメージを緩和できる可能性がわかった。これらは、折りたたみ可能な布状ダストシールドを開発する上で有用な知見である。さらに、あらかじめヒーターで加熱されたダスト粒子を用いることで、高温ダスト雲へと実験条件を拡張できることがわかった。
本研究の成果は、圧縮性流体と非可逆的圧縮という、これまでにない組み合わせを実現し、流体力学の適用可能性を広げたものであると位置付けられる。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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