| 研究概要 |
本研究は,ターボ機械内部流れのような複雑形状乱流場の計算において,全体の流れ場を簡単な流れ場にモデル化し解析するのではなく,流れ場全領域を解いて複雑流れ場構成要素の干渉による非定常流を正しく捕らえることのできる新しい非圧縮ナビエ・ストークスシミュレータを開発するため,平成11年度から12年度の2年間で実施された研究である.即ち,単純領域計算では得られ難い翼列の動・静翼列干渉の全貌,またはターボ機械の損失・効率が正しく評価できる計算手法を確立することである.
平成11年度には,まず不安定性の高い複雑な形状の非定常流を精度よく安定にシミュレートするため,安定性と収束性を改良したMQUICK法を提案した.またTVD法を適用することで,計算条件が厳しい非圧縮性流れ場の計算においても精度を損なうことなく安定に計算できる堅固な計算スキームを開発した.次に,上記で開発した差分法をマルチ・ブロック法による有限体積法に拡張し,格子間の物理量の保存性を保つ解析法を考案した.
平成12年度には,前年度の研究成果に基づき,幾何学的に複雑な流れ場の非定常計算のための有限体積非圧縮数値シミュレータを開発した.このシミュレータは,マルチ・ブロック格子を用いるため,格子の接続境界での情報授受が比較的容易でかつ境界条件として楕円形の性質が少ない擬似圧縮性法で構築されている.Runge-Kutta法とTVD-MUSCL法及び乱流のLES法が組み込まれている本シミュレータは,まずHydroturbineの翼間流れ場で検証され,静・動翼が共存する渦巻ケーシングの複雑流れ場に適用された.本計算結果は実験値と良い比較を示し,流れ場全領域を近似せず計算することにより,実験あるいは単純領域計算では得られ難い翼列の動・静翼列干渉の全貌を明らかにした.また,非定常計算で得られた結果を効率よく把握し理解するため,CGによる動画作成プログラムを構築した.
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