2023 Fiscal Year Annual Research Report
レインボーシュリーレン法による超音速マイクロジェットの3次元構造の解明
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20K04272
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| Research Institution | The University of Kitakyushu |
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Principal Investigator |
宮里 義昭 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (30253537)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | レインボーシュリーレン / 衝撃波 / 密度測定 / 超音速流れ / マイクロジェット / 光学的可視化計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，ノズル出口において円形断面および矩形断面をもつ供試ノズルから流出される超音速マイクロジェットの３次元構造をレインボーシュリーレントモグラフィを用いて実験的に調べた．その結果，円形ノズルからのマイクロジェットに関して，ショックセル長さ，超音速長さ，噴流内の最大マッハ数とその流れ方向の位置，マッハディスクの発生位置をノズル圧力比の関数として明らかにした．矩形ノズルからのマイクロジェットに関して，ショックセル長さとノズル圧力比の関係を定量的に明らかにした．円形および矩形ノズルからのマイクロジェットに関して，粘性を考慮した理論モデルを提案した．次に，実験と同じ圧力条件の基で，供試ノズルからの超音速マイクロジェットの時間平均的流れ場をレイノルズ平均ナビエ・ストークス（RANS）方程式を用いた数値シミュレーションによって調べた．数値シミュレーションでは，圧縮性流体の計算で評価の高い代表的な３つの乱流モデル，すなわち，Spalart-Allmaras，k-ε，SSTｋ－ωを使用し，実験の密度場を用いてシミュレーションの定量的評価を行った．なお，マイクロジェットの時間平均流れ場の数値シミュレーションは，乱流モデルとしてSpalart-Allmarasを使用した場合が，実験値との定量的一致が良いことがわかった．次に，円形断面のマイクロジェットの3次元非定常の流れ場をDESおよびLESを用いた3次元数値シミュレーションによって調べた．その結果，ノズル圧力比が４のときのマイクロジェットの流れ場は，噴流の中心軸のまわりに螺旋状に回転する，いわゆるスパイラルモードの非定常特性を示すことが分かった．
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