先細ノズルからの超音速自由噴流および衝突噴流に関する研究

• 研究課題/領域番号: 05650179
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 東京電機大学
• 研究代表者: 岩本 順二郎 東京電機大学, 工学部, 教授 (50057212)
• 研究期間 (年度): 1993
• 研究課題ステータス: 完了 (1993年度)
• 配分額: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 1993年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 不足膨張噴流 / 先細ノズル / 超音速流れ / 衝突噴流 / TVD法 / マッハツェンダー干渉法 / シャドウグラフ法 / 衝撃法

研究概要

先細ノズルから、臨界圧力(大気圧の1.89倍)以上で空気を大気に噴出させた場合、不足膨張噴流が得られる。この噴流の下流に流れに垂直に平板を置くと、平板前方に衝撃波が生じる。この衝撃波と平板の間は、ノズル・平板間距離、ノズル前後の圧力比によって、逆流あるいは渦の発生、流れの振動等のいろいろな流れパターンが生じる。
本研究では、これらの現象を解明することが最終目的であるが、本年度は、主として平板のない場合の自由噴流の流れ場の詳細な構造を明らかにすべく、実験と、数値計算を行った。
実験は、超音速噴流チャンバーに取り付けられた出口径10mm、ノズルの内側表面のアール20mmの先細ノズルを用い、ノズル前後の圧力比を3.0を中心に変化させて、主にシャドウグラフ法とマッハツェンダー干渉法を用いて、不足膨張自由噴流の流れ場を求めた。又同時に非粘性、軸対称流れを仮定してTVD法による数値計算を行い、流れ場の諸量を求めた。
その結果、噴流の形状、斜め衝撃波の位置、マッハディスクの大きさ、セルの長さ等については、実験結果と、数値計算結果は非常に良く一致することが分かった。但し、マッハディスクの発生し始めるノズル圧力比に関して、若干のずれが認められ、この点の取り扱いを検討する必要があること、また、場合によっては、粘性、あるいは乱流を考慮する必要が出てくる可能性もある。いずれにしても、まずこの計算方法で、噴流中に衝突板を置いた場合の流れ場を詳細に調べる予定である。