2018 Fiscal Year Annual Research Report
Consideration and prediction of pressure fluctuation phenomena in long distance nonlinear propagation of pressure wave in pipe
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16K06086
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
青木 俊之 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (20150922)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 衝撃波 / 圧力波 / 境界層 / 非線形現象 / 管内伝播 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までの成果を踏まえ，数値解析コードFluent18.1を用いて，伝播する圧力波の背後に発達する非定常境界層の特性や圧力波に及ぼす非定常境界層の影響を解析した．前年度得た実験値と今回の数値解析では，すべての条件で実験値の方が距離減衰が大きくなっている．また，すべての条件において管内を圧力波が伝播するにしたがって波面の最大圧力勾配が大きくなっており，伝播するにつれて圧力波波面が切り立っていることが確認できた．数値計算では管壁付近において実験値より密度差が大きくなるが，その傾向は伝播する弱い衝撃波の背後の非定常境界層理論と比較することにより境界層の状態を確認できた．非定常境界層における遷移開始時間の遷移レイノルズ数と遷移終了時間の遷移レイノルズ数が共に実験値とほぼ一致した傾向を示していることが分かった．
波動伝播管の破膜装置を改良し，断面積一定の管内に波面の違う弱い衝撃波を発生させ，長い管内を伝播する衝撃波の伝播特性の違いについて解析した．その結果，初期波面の違いにより波面の変形に変化が生じ，すなわち，初期衝撃波強さが大きいほど，距離に対する衝撃波の距離減衰は小さくなるが，初期波形に衝撃波部分の後方に圧縮波が存在する場合，同程度の初期衝撃波強さであっても圧縮波が存在する衝撃波のほうが減衰は小さくなる．初期衝撃波強さが強いほど衝撃波の消滅距離は長くなるが，初期波形の衝撃波部分の後方に圧縮波が存在する場合，同程度の初期衝撃波強さであっても圧縮波が存在する衝撃波のほうが消滅距離は長くなる．圧縮波を考慮して初期衝撃波強さを定義することで，ステップ状の衝撃波と同様の傾向を示すことが分かった．
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