2014 Fiscal Year Annual Research Report
超臨界流体における熱力学物性・流体非線形相互干渉のダイナミクスと不確かさの定量化
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26709066
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| Research Institution | Japan Aerospace Exploration Agency |
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Principal Investigator |
河合 宗司 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 国際トップヤングフェロー (40608816)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 航空宇宙流体力学 / 数値流体力学 / 流体工学 / 超臨界流体 / 不確かさの定量化 / 乱流境界層 / 実在流体 / DNS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超臨界圧条件下において臨界温度をまたぐ遷臨界環境では，その実在気体効果から急激に熱力学物性が変化するため，高精度かつ安定な数値シミュレーションが困難となる．本研究ではまず，正確な熱力学物性を流体解析に反映させるNISTテーブル参照法を構築し，そのテーブル参照法をベースに高精度かつ安定な遷臨界乱流解析を可能とする圧力ベースの高次精度数値計算手法を提案した．本手法は，我々が提案している「物理的に矛盾無く支配方程式レベルで工夫する計算法」を遷臨界流体に発展させたものであり，遷臨界条件での急激な熱力学物性変化を数値的に安定に捕獲し，かつ非理想性が強い熱力学物性下でも非物理的な速度・圧力振動を防ぐ高精度な数値計算法となっている．
また本手法を用いることで，空間発展遷臨界平板乱流境界層のDNSに初めて成功し，DNSデータベースを構築した．遷臨界乱流境界層の非線形な熱力学物性変化と壁乱流との相互干渉のダイナミクスを明らかにするため，現在本DNSデータベースの詳細な解析を進めている．理想流体の乱流境界層では見られない特異な乱流統計量や乱流エネルギーバジェット，またそれらの原因となる遷臨界条件特有の熱力学物性変化と壁乱流との相互干渉現象が徐々に明らかになってきている．
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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
当初予定どおり，遷臨界乱流の高忠実度解析(DNSやLES)を可能とする高精度かつ安定な数値計算法を新たに提案し，その有効性を示した．本手法の開発により，初めて遷臨界平板乱流境界層のDNSに成功し，遷臨界乱流境界層の非線形な熱力学物性変化と壁乱流との相互干渉ダイナミクスの詳細解析に取りかかっている．また並行して，Kriging理論に基づく不確かさの定量化法の開発を進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
継続して，詳細なDNSデータベースの解析を進め，遷臨界乱流境界層の非線形な熱力学物性変化と壁乱流との相互干渉ダイナミクスを明らかにし，更に非線形な熱力学物性変化が乱流統計量に与える影響を定量的に評価する．その上で，明らかにする乱流構造や乱流統計量に与える影響を考慮に入れた，遷臨界乱流境界層に対する乱流モデルの構築・高度化を進める．また並行して，Kriging理論に基づく不確かさの定量化法の開発・高度化を進め，不確かさの定量的評価法を用いた流れ場解析や乱流モデルの洗練・確立を行う準備を進める．
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| Causes of Carryover |
本年度に計画していた海外共同研究者との研究打合わせや研究議論を，他の学会参加や海外共同研究者の来日に合わせて行うことができたため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
外国・国内旅費として，海外共同研究社との研究議論・打ち合わせ，また当該分野の代表的な国際会議(米国物理学会や米国航空宇宙学会) 及び国内会議で情報収集を行い，得られた研究成果の一部を発表することに使用する予定である．また，その他として学会参加費・学術雑誌論文投稿料としての経費に使用する．物品費としては，大規模データ保存用ストレージシステムの増強・保守費用，および計算機周辺消耗品の購入費に使用する予定である．
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