衝撃波と膨張波を伴う超音速噴流へのレインボーシュリーレン偏向法の適用に関する研究

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23560204
• Research Institution: The University of Kitakyushu
• Principal Investigator: 宮里 義昭 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (30253537)
• Keywords: 衝撃波 / 超音速噴流 / シュリーレン法

Research Abstract

超音速噴流の特性を調べることは，従来よりスートブロワ，ガスワイピング，転炉等の工業や最近では出荷前の白ネギの皮むき作業において非常に重要である．一般に，超音速噴流の特性を理解するには，流れ場のベクトル量（例えば，速度）やスカラー量（例えば，密度，温度，圧力）の情報が必要とされる．このような情報は，衝撃波とせん断層の干渉を考慮して数値計算によって得られることもあるが，数値計算の妥当性は信頼のおける実験値との比較によってなされる．本研究では，光学的測定法であるレインボーシュリーレン偏向法を衝撃波と膨張波を含む複雑な超音速噴流に適用し，噴流内の任意の位置の密度を定量的に測定する方法を確立したものである．本研究によって得られた結論は以下のとおりである．
（１）レインボーシュリーレン偏向法によって円筒ノズルからの不足膨張音速噴流のバレル衝撃波とその反射衝撃波，マッハディスク，ノズル出口からマッハディスク直前までの膨張領域，及び噴流境界等を連続的な色相の変化によって観察できる．また，噴流内の任意の位置の密度を高分解能及び高精度で得ることが可能である．さらに，円筒ノズルを通る圧縮流れの解析モデルを提案し，本モデルの解析値が実験値と定量的に良く一致することを示した．
（２）農業分野で実際に使用されている白ネギの皮むき用ノズルからの噴流にレインボーシュリーレン偏向法を適用し，ノズル上流と背圧の比（ノズル圧力比）が噴流内の密度場に及ぼす影響を定量的に調べた．また，新型の白ネギの皮むき用ノズルを開発し，両者をレインボーシュリーレン偏向法によって調べた．その結果，現行ノズルと比較して新型ノズルからの噴流は，実際の白ネギの皮むき作業に有効であることを明らかにした．

Research Products

• [Presentation] Application of Rainbow Schlieren Techniques to Shock-Containing Jets from Cylindrical Nozzles (2014)
  • Author(s): Nakajima, R., Oka, T., Konishi, K., Ono, D., and Miyazato, Y.
  • Organizer: Scitech2014
  • Place of Presentation: Maryland, USA.
  • Year and Date: 20140113-20140116
• [Presentation] Study of Shock Trains and Pseudo-Shock Waves in Constant Area Ducts (2014)
  • Author(s): Oka, T., Ono, D., and Miyazato, Y.
  • Organizer: Scitech2014
  • Place of Presentation: Maryland, USA.
  • Year and Date: 20140113-20140116
• [Presentation] Density Measurements in Cylindrical Nozzle Jets by Rainbow Schlieren Deflectometry (2013)
  • Author(s): Nakajima, R., Konishi, K., Oka, T., Ono, D., and Miyazato, Y.
  • Organizer: The 2013Asia-Pasific International Symposium on Aerospace Technology
  • Place of Presentation: Takamatsu, Kagawa
  • Year and Date: 20131120-20131122
• [Presentation] Application of Rainbow Schlieren Techniques for Leek Peeler Nozzle Jets (2013)
  • Author(s): Oka, T., Kunimasa, T., Ono,D., and Miyazato, Y., Yoshino, K., and Etoh, T.
  • Organizer: The 2013Asia-Pasific International Symposium on Aerospace Technology
  • Place of Presentation: Takamatsu, Kagawa
  • Year and Date: 20131120-20131122
• [Presentation] ねぎ皮剥き用ノズルからの噴流の光学観察 (2013)
  • Author(s): 岡大志，國政隆之，小野大輔，宮里義昭，吉野和彦，江藤敏美
  • Organizer: 可視化情報
  • Place of Presentation: 福島県会津若松市
  • Year and Date: 20130927-20130928
• [Presentation] 円筒ノズルからの不足膨張音速噴流の光学観察 (2013)
  • Author(s): 秋田勇太，中島涼太，小西敬三，小野大輔，宮里義昭
  • Organizer: 可視化情報
  • Place of Presentation: 福島県会津若松市
  • Year and Date: 20130927-20130928
• [Presentation] 干渉計を用いた遷音速ディフューザ流れの非定常密度場の可視化 (2013)
  • Author(s): 日高陽平，太田卓弥，大山祐哉，大池亜斗夢，小野大輔，宮里義昭
  • Organizer: 可視化情報
  • Place of Presentation: 福島県会津若松市
  • Year and Date: 20130927-20130928
• [Presentation] Quantitative Visualization of Underexpanded Sonic Jet Using Mach-Zehnder Interferometry (2013)
  • Author(s): Oyama Y., Oike, A., Shimomiya, K., Hidaka, Y., Ono, D., and Miyazato, Y.
  • Organizer: The 11th International Symposium on Experimental and Computational Aerothermodynamics of Internal Flows
  • Place of Presentation: Shenzhen, China
  • Year and Date: 20130506-20130511
• [Presentation] Experimental Study of Centerline Static Pressure Measurements in Compressible Gas Flows Using Through-Tube System (2013)
  • Author(s): Oka, T., Jiang, S., Isozumi, R., Ono, D., and Miyazato, Y.
  • Organizer: The 11th International Symposium on Experimental and Computational Aerothermodynamics of Internal Flows
  • Place of Presentation: Shenzhen, China
  • Year and Date: 20130506-20130511
• [Presentation] Quantitative Visualization of an Underexpanded Sonic Jet Issued from a Cylindrical Nozzle Using Rainbow Schlieren Deflectometry (2013)
  • Author(s): Nakajima R., Konishi, K., Oka, T., Ono, D., and Miyazato, Y.
  • Organizer: The 11th International Symposium on Experimental and Computational Aerothermodynamics of Internal Flows
  • Place of Presentation: Shenzhen, China
  • Year and Date: 20130506-20130511