Analysis of shock waves with sub-shocks based on rational extended thermodynamics

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04204
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 19010:Fluid engineering-related
• Research Institution: Kitakyushu National College of Technology
• Principal Investigator: Taniguchi Shigeru 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 准教授 (00626880)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• 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

Outline of Final Research Achievements

We have analyzed strong shock waves with discontinuities (sub-shocks) based on the Extended Thermodynamics (ET) theory.
(1) For spherical and cylindrical shock waves propagating in polyatomic gases, we derived new similarity solutions based on the ET theory. Furthermore, we clarified the properties of the time evolution of spherical and cylindrical shock waves through numerical calculations.
(2) Concerning the structure near the shock front of shock waves propagating in a binary mixture of polyatomic gases, we discovered a new scenario for sub-shock formation and successfully achieved a complete classification of the parameter dependence of the sub-shock formation.

Free Research Field

衝撃波工学、非平衡熱力学、数理工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

拡張された熱力学（ET）理論に基づく解析により、レーザー照射や爆発などによって生じる球面衝撃波や円筒衝撃波について、従来のSedov-von Neumann-Taylor解を特別な場合として含むより広い理論的枠組みを提案できた。
多原子分子混合気体中のsub-shockをともなう衝撃波構造の解析においては、理論予測と実験結果の比較を行うことにより、体積粘性率や気体間の相互作用の強さを表す物性値などの測定が難しい量の正確な評価につながり、気体分子運動論や物性理論の発展にも寄与するものと期待される。