2017 Fiscal Year Research-status Report
高速固気混相流の直接数値解析による乱流混合／騒音発生のプロセスの解明
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17K06167
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
福田 紘大 東海大学, 工学部, 准教授 (60401684)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野々村 拓 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60547967)
高橋 俊 東海大学, 工学部, 准教授 (60553930)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | DNS / 混相乱流 / 高マッハ数 / LESモデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は以下の研究を実施した．
1)単一球周りのDNS解析の実施
2)複数球周り流れ解析のための埋め込み境界法ベース圧縮性流体ソルバーの開発とDNS解析の実施
1)に関しては，単一球周りの流れ場の高精度解析を実施し，高Mach数・低Re数の条件下において，Mach数・Re数・温度比等の諸条件が流れ場や抗力係数，Nusselt数にどのような影響を与えるかを明らかにした．特に，球と流れ場との温度比について詳細な検討を行い，温度比が小さい条件下では，非定常的な渦の放出が促進されるのに対して，温度比が大きな条件下では非定常的な渦の放出が抑制されることが確認された．また，温度比の増加とともに抗力係数が増大することをも明らかとなった．また，各条件の違いが渦構造の生成に与える影響についても明らかにし，体積力モデル/SGSモデル構築のために必要な様々なデータを獲得し, 物理現象に基づいたモデル化の可能性を見出すことができた．
2)に関しては，1)の結果との比較により，単一球の抗力係数に関して十分な解析精度があることを確認した上で，コードの高精度化，高速化を行い，超音速流中を複数球が飛び交うような流れ場を非常に低コストに計算することが可能なコードを開発した．今後は，超大規模計算の実施, LESモデル構築のための直接解析の実施を行い, 更なる成果に繋げる予定である．さらに，今後は，開発したツールを利用することで，圧縮性固気混相流ソルバー用の体積力モデル，SGS modelを開発しLES解析を実現することを目指していく予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の中核となる「単一固体/液滴周りの高マッハ数流れのDNSデータベース構築」に関しては，解析が順調に進んでおり様々な知見が得られ始めたところである．また複数の球周りのDNS解析に関してはコード開発および高速化がほぼ終わり，今後，各種の条件で解析を進めることで現象の把握を進める予定である．最後に，固気混相流のLESモデルの構築，ソルバー開発に関しては，実問題適用時に問題となる計算の破綻がおきない方法を検討しており，次年度以降スムーズに実施することができると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
単一固体/液滴周りの高マッハ数流れのDNSデータベース構築を引き続き行い，マクロモデルの開発に役立てるため，抵抗モデルの構築につながる知見を得る.また，粒子の運動方程式を加味した複数固体/液滴周りの高マッハ数流れのDNSの実施に関しては，計算コードの基礎部分は既に完成していることから，解析を進め，現象の把握を行う．また，データ量が非常に膨大となるため，あらかじめ見るべき物理量(衝撃波の構造や，乱流スペクトル，せん断層の発達率など)について円滑な解析を行うことを計画している．マクロモデルの構築と実用問題への適用に関しては，上記の粒子の運動方程式を加味した複数固体/液滴周りの高マッハ数流れのDNSの結果を基に，マクロモデルである粒子抵抗モデルとLESモデルを再構築する．本研究グループが有する多重極展開などの技術を活用することで, 高い精度のモデル構築に努める．さらに，構築した粒子抵抗モデルとLESモデルを，工学的実用問題である固体ロケット噴流の流れに適用する．解析結果から粒子混入が高マッハ数流れ場及び音響波の発生と伝播に与える影響を検討するとともに，本研究で提案した手法の予測精度を検証する．
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| Causes of Carryover |
今年度は，成果報告のための学会発表のための旅費等での利用を考えていたが学会発表申し込み時に十分な成果が揃っていなかったために見送った．この分は来年度以降に学会発表もしくは打ち合わせのための旅費として利用したい．
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