2018 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 |
以下の研究を実施した．
「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，回転単一球周りの流れ場の高精度直接数値解析を実施し，高Mach数・低Re数の条件下において，Mach数・Re数・無次元回転数等の諸条件が流れ場や抗力係数，揚力係数にどのような影響を与えるかを明らかにした．特に，球の回転による揚力はMach数が大きい条件では非圧縮性流れと比較して著しく抑制されることがわかった．これは，非圧縮性流れでは回転の影響で負圧が生じる領域近傍において，圧縮性流れでは衝撃波が形成されることで負圧領域の形成が抑制されることなどに起因する．粒子の回転による揚力は混相流中の粒子の挙動を考える上で重要なパラメータであり，例えば粒子クラスタが形成された際にクラスタ外縁の粒子が回転し，その回転による揚力で粒子クラスタは分散する．また，回転により生じる付着衝撃波の影響で球表面での摩擦応力分布が大きく変化し，回転を止める方向のモーメントは非圧縮性流れの場合よりも大きいことを明らかにし，圧縮性混相流のモデル構築に向けて重要な知見を得た．
「複数の球周りのDNS解析」に関しては，これまでに開発してきた直交格子法を基にした圧縮性流体解析ソルバの並列性能評価と3次元圧縮性大規模固気混相流問題の解析を進め，その結果，解析ソルバの性能評価においては大規模解析が実現可能な性能結果となり，単一球周りのDNS解析で得られた知見を基にクラスタ現象の解明を進めており，現象把握に関する知見も徐々に取得できつつある．
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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
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ている．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，解析により様々な知見が得られ始めており，今後は，各種条件での解析を進めることで現象の把握をさらに行っていく予定である．さらに，固気混相流のLESモデルの構築，ソルバーの開発に関しては，実問題の適用において予想される計算の破綻が起きない方法を検討しており，次年度以降にスムーズに実施可能であると考えている．
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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，昨年度同様に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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Research Products
(3 results)
