2020 Fiscal Year Research-status Report
Sub-shockをともなう衝撃波の拡張された熱力学に基づく解析
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19K04204
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| Research Institution | Kitakyushu National College of Technology |
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Principal Investigator |
谷口 茂 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 准教授 (00626880)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 衝撃波工学 / 非平衡熱・統計力学 / sub-shock / 拡張された熱力学 / 多原子分子気体 / 混合気体 / 球面衝撃波 / 円筒衝撃波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、従来の理論よりも広い適用可能範囲を持つ「拡張された熱力学（ET）」理論に基づき、衝撃波の解析を行う。特に、これまでに十分な解析がなされてこなかった、不連続面（sub-shock）をともなう強い衝撃波に注目して解析を行い、その性質を明らかにすることを目的とする。
4年間にわたる本研究課題の第2年度にあたる本年度では、前年度に行った理論解析の結果や開発した数値解析プログラムを基礎にして、さらに解析を進めた。得られた主な成果は以下の通りである。
(1) 多原子分子混合気体中を伝播する衝撃波の波面近傍の構造について、解析を行った。前年度にsub-shockが形成される必要条件を解析的に求めていたが、詳細に分類を行った結果、これまでに知られていなかったsub-shock形成のシナリオを発見できた。さらに、前年度から構築を進めていた数値解析プログラムを完成させ、sub-shockをともなう衝撃波構造を数値的に求めることで、分類に基づく理論予測の妥当性も示した。これらの結果について、速報と位置づけられる論文がアクセプトされており、詳細な分類と数値解析結果について論文を執筆中である。並行して、衝撃波だけでなく、超音波の解析も行い、混合気体に対するET理論の有用性を示せつつある。
(2) 前年度に、非常に強い球面衝撃波や円筒衝撃波の相似解の導出と、相似解に基づく数値解析を行い、動圧が重要な役割を果たすことを示した。今年度は、基礎方程式を直接数値計算し、球面・円筒衝撃波の時間発展を解析する研究に着手した。予備的な解析結果は良好であり、相似解が存在するような強い衝撃波に限らず、一般的に動圧が球面衝撃波や円筒衝撃波の構造に大きな影響を与え得ることを示した。
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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
以下の二つの内容について、計画していた解析を順調に進めることができているため。
(1) 多原子分子混合気体中の衝撃波の解析で、sub-shock形成のための必要条件を詳細に解析することで、これまでに知られていなかった新たなsub-shock形成のシナリオを発見できた。これは、当初の予想を上回る結果であり、今後の研究をさらに展開するための基礎的な知見となると考えられる。
(2) 球面衝撃波および円筒衝撃波について、基礎方程式系を直接数値計算するプログラムを構築できた。今後さらに精度を上げる必要があるが、前年度に導出した相似解と矛盾のない、良好な結果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題は順調に進んでおり、得られている結果も良好である。来年度も引き続き、以下の二つの解析を中心に進めていく。
(1) 混合気体中を伝播する衝撃波の解析をさらに進め、新たに発見したシナリオを含め、分類を完全に完成させる。対応する数値計算結果も合わせてなるべく早く論文にまとめたい。
(2) 球面衝撃波および円筒衝撃波について、十分な精度の数値解析プログラムを構築し、強い衝撃波から弱い衝撃波まで、包括的に研究を進める。さらに、球面の場合と円筒の場合を比較し、次元性が現象にどのような影響を与えるか明確にしたい。
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| Causes of Carryover |
（理由）
コロナ禍で旅費の使用額が抑えられたため。
（計画）
出張が可能となり次第、結果を広く報告して議論を深めるため、国内外の学会にできる限り多く出席する。
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