2008 Fiscal Year Annual Research Report
ハイブリッド風洞による複雑熱流動現象の高速・高精度解析と最適化
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20760136
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
小田 豊 Osaka University, 大学院・工学研究科, 助教 (50403150)
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| Keywords | 熱流体計算 / 乱流伝熱 / 数値シミュレーション |
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| Research Abstract |
本研究では, 風洞実験等によって得られる壁面圧力変動や速度変動の時系列計測データを熱流動数値計算に適切にフィードバックしながら計算を進めることによって, 風洞実験や実機において不可避あるいは必然である外乱の影響を加味した形で, ガスタービン翼冷却やコンパクト熱交換器などで見られる複雑乱流を伴う乱流伝熱場の伝熱メカニズムの解明を行うとともに, その流動条件や境界形状の最適化を高精度・低コストで実現する熱流動解析手法の構築を目指している. 本年度の前半は, 数値計算へのフィードバックに使用する風洞計測の要素技術の確立と, 基盤となる乱流熱流動解析プログラム(LES, RANS, 及びそれらのハイブリッドモデル)の開発を行った. 前者ではハイブリッド風洞に用いる低速風洞および衝撃風洞の測定部壁面における圧力測定部の設計と圧力センサなどの組み付けを行い, 性能確認を行った. 後者では乱流熱流動解析プログラムとして, 非圧縮性流体に対してはコロケート格子に基づく3次元LES計算プログラムを改良して, 壁面付近で非定常RANSを用いるLES/RANSハイブリッドモデルへの拡張を行った. また, 圧縮性流体に対してはRANSモデルを用いた一般座標系2次元の解析プログラムを作成した. 本年度の後半には, フィードバックなしの場合において, 作成した解析コードが有する基本的な予測性能を検討するため, 低速風洞内に設置した二次元対称翼周りの流れ場を対象としてLES解析を行い, 翼前縁付け根部に生じる馬蹄渦の非定常運動の予測について, 別途実施しているPIVによる実験計測結果と比較することで検討を行った. また, 衝撃波管で駆動される超音速風洞の始動特性とノズルスロート部における熱流動特性について, 衝撃波管管端での圧力・温度変動を一次元衝撃波管解析で模擬した解析を行い, 実験との比較を行い, 熱流束分布の予測に関して比較的良好な結果を得た.
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