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混相複雑乱流DNSのための非線形コンパクトスキームの適用に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 13650169
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 流体工学
研究機関広島大学 (2002)
電気通信大学 (2001)

研究代表者

前川 博  広島大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90145459)

研究期間 (年度) 2001 – 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2002年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2001年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
キーワード複雑乱流 / コンパクトスキーム / 混相流 / 衝撃波 / 凸結合スキーム / 非線型フィルター / 音波 / 乱流遷移 / DNS / WENO / 物理量不連続性 / 補間法 / 解像度 / 極超音速
研究概要

コンパクトスキームの特徴である高解像度性と位相誤差の微小である特徴を複雑流動DNSに活用する手法を研究した。なめらかな流れ場と比べ物理量の不連続性が存在する流れ場においては、スペクトル法で用いられる有限フーリエ級数による導関数の近似法ではギブス現象が発生し収束性が極めて悪くなる。そのため、高波数にのみ散逸誤差をもつコンパクトスキーム系は計算をロバストにする効果が期待できる。一方、ENOスキームに見られるように、物理量の不連続性をとらえることに優れている計算スキームは比較的大きな散逸誤差(数値散逸)をもち、音波の伝播を捉えるのには一般に散逸が大きすぎる。コンパクトスキームは伝播する音波を捉えることにはきわめて優れた特性を持つ有限差分スキームである。このスキームの特徴をいかす手法を研究するため、(1)鈍頭物体まわりの高いマッハ数流れにおける外部からの微小かく乱受容性に関する問題、(2)超音速流れから発生する音波に関する問題、そして(3)混相流における気泡変形と崩壊現象について研究を行った。その結果、問題(1)については、鈍頭物体により離脱衝撃波をもつマッハ数M=10の流れの上流から平面音波が進入する場合は、エントロピーと渦度変動が発生する様子をシミュレートすることができた。問題(2)では、移流マッハ数が1.17の超音速矩形ジェットから発生する音波の様子は、風上バイアススキームによってジェット乱流微細構造とマッハ波を同時に捕らえることができる。問題(3)においては、気液二相流れにおいて、気体と液体を表す状態方程式を用いることによって、液体中の気泡に衝撃波を衝突させ気泡が崩壊する際に音波とマイクロジェットを捕らえることができた。高次精度コンパクトスキームを適用するために、数値フラックスの凸結合補間、そして混相流に見られる物理量の非常に大きな不連続性による振動を抑えるために非線型フィルターを用いた。これらの手法の組み合わせによって、数値振動を抑え、混相流に見られるような大きな物理量ジャンプと微小音波を同時にとらえることが可能となった。

報告書

(3件)
  • 2002 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (58件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (58件)

  • [文献書誌] D.Watanabe: "Transition of Supersonic Plane Jet due to Symmetric/Antisymmetric Unstable Modes"Journal of Turbulence (IOP). Vol.3. 1-17 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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  • [文献書誌] M.Yahyaoui: "Simulations of Bypass Transition for Spatially Evolving Disturbances in Compressible Wall-Bounded Flows"Computational Fluid Dynamics Journal. Vol.11,No.2. 195-207 (2002)

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  • [文献書誌] M.Yahyaoui: "High-Level Noise Induced Bypass Transition in Compressible Plane Poisueille Flow"JSME International Journal. Vol.45,No.2. 408-418 (2002)

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  • [文献書誌] M.Yahyaoui: "Direct Numerical Simulations of Subsonic Plane Poiseuille Flows Undergoing Transition"JSME International Journal. Vol.44,No.1. 72-80 (2001)

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  • [文献書誌] H.Maekawa: "Study of Mach Wave Emission Mechanism in a Turbulent Jet at High Convective Mach Numbers Using DNS"Russia-Japan International Workshop on Actual Problems of Computational Mechanics. 招待講演. 32-33 (2002)

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  • [文献書誌] K.Yamashita: "DNS of Hypersonic Boundary Layer Receptivity Using Compact Convex Combined Schemes"AIAA 10^<th> International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference. No.1798. 1-11 (2001)

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  • [文献書誌] D.Watanabe: "Structures in a Supersonic Plane Jet due to Symmetric/Antisymmetric Unstable Modes at High Mach Number"Proc. of International Workshop on Prediction of Laminar-Turbulent Transition in Boundary Layers. NAL special Publication SP-48T. 39-42 (2001)

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  • [文献書誌] D.Watanabe: "Transition of Supersonic Plane Jet due to Symmetric/Antisymmetric Unstable Modes"Proc. of International Conference on Turbulent Shear Flow Phenomena. Vol.1. 419-424 (2001)

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  • [文献書誌] H.Maekawa: "Simulations of Bypass Transition for Spatially Evolving Disturbances in Compressible Wall-Bounded Flows"Proc. of Japan-Russia International Workshop on Turbulence, Instabilities and Parallel Computing. (招待講演). 21-22 (2001)

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  • [文献書誌] 渡邊大輔: "DNSによる超音速自由せん断流における音波放出機構の研究"航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム講演論文集. NAL special Publication SP. 72-77 (2002)

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  • [文献書誌] 斉藤史徳: "不連続性を捕らえる高次風上コンパクトスキームを用いたCFD"日本流体力学会 年会2002講演論文集. 332-333 (2002)

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  • [文献書誌] 竹原洋三: "圧縮性乱流DNSを使ったLESモデルの評価と比較"日本流体力学会 年会2002講演論文集. 396-397 (2002)

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  • [文献書誌] 青木崇志: "超音速混合層の安定性と渦構造に及ぼすマッハ数の影響"日本機械学会関東支部第8期総会講演会. No.1011. (2002)

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  • [文献書誌] 奥村学: "空間発展DNSによる水素、空気拡散火炎の火炎構造"日本機械学会関東支部第8期総会講演会. No.515. (2002)

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  • [文献書誌] 相沢寛朗: "DNSによる水素・空気噴流火炎の燃焼音に関する研究"第39回燃焼シンポジウム. A214. (2001)

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  • [文献書誌] 尾崎幸玄: "矩形断面を持つ曲がりダクト内の圧縮性粘性流れの解析"第16回数値流体力学シンポジウム. E14-4. (2002)

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  • [文献書誌] H.Maekawa: "Convex Combined Compact Schemes for Turbulence Simulations with Discontinuities"生産NSTシンポジウム講演論文集. (2001)

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  • [文献書誌] X.Deng: "Applications of fifth-order weighted compact nonlinear schemes to Euler and Navier-Stokes equations"Proc. of 4th Asian CFD Conference. 396-397 (2000)

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  • [文献書誌] 前川 博: "対話とシミュレーションムービーでまなぶ 流体力学"共立出版. 147 (2002)

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  • [文献書誌] D. Watanabe: "Transition of Supersonic Plan Jet due to Symmetric / Antisymmetric Unstable Modes"Journal of Turbulence (IOP). 3. 1-7 (2002)

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  • [文献書誌] M. Yahyaoui: "Simulations of Bypass Transition for Spatially Evolving Disturbances in Compressible Wall-Bounded Flows"Computational Fluid Dynamics Journal. 11, No.2. 195-207 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M. Yahyaoui: "Simulations of Bypass Transition for Spatially Evolving Disturbances in Compressible Wall-Bounded Flows"Computational Fluid Dynamics Journal. 11, No.2. 195-207 (2002)

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  • [文献書誌] M. Yahyaoui: "High-Level Noise Induced Bypass Transition in Compressible Plane Poiseuille Flow"JSME International Journal. 45, No.2. 408-418 (2002)

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  • [文献書誌] M. Yahyaoui: "Direct Numerical Simulations of Subsonic Plane Poiseuille Flows Undergoing Transition"JSME International Journal. 44, No.1. 72-80 (2001)

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  • [文献書誌] H. Maekawa: "Study of Mach Wave Emission Mechanism in a Turbulent Jet at High Convective Mach Numbers Using DNS, (invited)"Proc. Of Russia-Japan International Workshop on Actual Problems of Computational Mechanics. 32-33 (2002)

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  • [文献書誌] K. Yamashita: "DNS of Hypersonic Boundary Layer Receptivity Using Compact Convex Combined Schemes"AIAA 10^<th> International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference. 1798. 1-11 (2001)

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  • [文献書誌] D. Watanabe: "Structures in a Supersonic Plane Jet due to Symmetric / Antisymmetric Unstable Modes at High Mach Number, (invited)"Proc. Of International Workshop on Prediction of Laminar-Turbulent Transition in Boundary Layers, NAL special Publication. SP-48T. 39-42 (2001)

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  • [文献書誌] D. Watanabe: "Transition of Supersonic Plane Jet due to Symmetric / Antisymmetric Unstable Modes"Proc. Of International Conference on Turbulent Shear Flow Phenomena. 1. 419-424 (2001)

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  • [文献書誌] H. Maekawa: "Simulations of Bypass Transition for Spatially Evolving Disturbances in Compressible Wall-Bounded Flows, (invited)"Proc. Of Japan-Russia International Workshop on Turbulence, Instabilities and Parallel Computing. 21-22 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] D. Watanabe: "A study of sound wave emission mechanism in supersonic free shear flows using DNS, (in Japanese)"NAL Aerospace and Aeronautics Simulation Symposium 2002. (2002)

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  • [文献書誌] F. Saito: "High-order Upwind Compact Schemes for Flow Field with discontinuities. (in Japanese)"Fluid Mechanics Society Annual meeting 2002.

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  • [文献書誌] T. Aoki: "Effect of Mach number on stability and vortex structure of a supersonic mixing layer,(in Japanese)"JSME Kanto-Branch 8^<th> symposium and meeting. (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M. Okumura: "Spatially developing DNS of H2-Air diffusion frame structures, (in Japanese)"JSME Kanto-Branch 8^<th> symposium and meeting. (2002)

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  • [文献書誌] H. Aizawa: "Direct Numerical Simulation of Combustion Noise caused by Hydrogen / Air Jet Frames, (in Japanese)"39^<th> Combustion Symposium. (2001)

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  • [文献書誌] K. Ozaki: "Compressible and viscous flow in the curved duct with a squared section, (in Japanese)"16^<th> CFD Symposium. E14-4. (2002)

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  • [文献書誌] H. Maekawa: "Convex Combined Compact Schemes for Turbulence Simulations with Discontinuities"Proc. Of NST Symposium. (2001)

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  • [文献書誌] X. Deng: "Applications of fifth-order weighted compact nonlinear schemes to Euler and Navier-Stokes equations"Proc. Of 4th Asian CFD Conference. (2000)

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  • [文献書誌] H. Maekawa: "Fluid Mechanics, (in Japanese)"Kyotitsu-Publication. 1-148 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] D.Watanabe: "Transition of Supersonic Plane Jet due to Symmetric/Antisymmetric Unstable Modes"Journal of Turbulence(IOP). Vol.3. 1-17 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] M.Yahyaoui: "Simulations of Bypass Transition for Spatially Evolving Disturbances in Compressible Wall-Bounded Flows"Computational Fluid Dynamics Journal. 11・2. 195-207 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] M.Yahyaoui: "High-Level Noise Induced Bypass Transition in Compressible Plane Poisueille Flow"JSME International Journal. 45・2. 408-418 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] M.Yahyaoui: "Direct Numerical Simulations of Subsonic Plane Poiseuille Flows Undergoing Transition"JSME International Journal. 44・1. 72-80 (2001)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Maekawa: "Study of Mach Wave Emission Mechanism in a Turbulent Jet at High Convective Mach Numbers Using DNS"Russia-Japan International Workshop on Actual Problems of Computational Mechanics. 招待講演. 32-33 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Yamashita: "DNS of Hypersonic Boundary Layer Receptivity Using Compact Convex Combined Schemes"AIAA 10^<th> International Space Planes and Hypersonic Systems and Techonologies Conference. No.1798. 1-11 (2001)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] D.Watanabe: "Structures in a Supersonic Plane Jet due to Symmetric/Antisymmetric Unstable Modes at High Mach Numbers"Proc. of International Workshop on Prediction of Laminar-Turbulent Transition in Boundary Layers. NAL Special Pub.SP-48T. 39-42 (2001)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] D.Watanabe: "Transition of Supersonic Plane Jet due to Symmetric/Antisymmetric Unstable Modes"Proc. of International Conference on Turbulent Shear Flow Phenomena. Vol.1. 419-424 (2001)

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  • [文献書誌] M.Yahyaoui: "Simulations of Bypass Transition for Spatially Evolving Disturbances in Compressible Wall-Bouded Flows"Proc. of Japan-Russia International Workshop on Turbulence, Instabilities and Parallel Computing. 招待講演. 21-22 (2001)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 前川 博: "対話とシミュレーションムービーでまなぶ流体力学"共立出版. 147 (2002)

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  • [文献書誌] 山下 建志, 前川 博: "非線形コンパクトスキームの改良と圧縮性DNSへの応用"第14回数値流体力学シンポジウム講演論文集. ISSN1344-4602. E03-4 (2000)

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  • [文献書誌] H.Maekawa, K.Yamashita, X.Deng: "Convex Combined Compact Schemes for Turbulence Simulations with Discontinuities"Proc. of 16^<th> Numerical Simulation ofTurbulence Symposium. 42-47 (2001)

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  • [文献書誌] K.Yamashia, H.Maekawa: "Direct Numerical Simulations of Hypersonic Boundary Layer Receptivity Using Compact Convex Combined Schemes"AIAA 10^<th> International Space Planes and Hypersonic Systems and Technology Confereiice. AIAA2001-1798. (2001)

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  • [文献書誌] A.M.Yahyaoui, H.Maekawa: "Simulations of Bypass Transition for Spatially Evolving Disturbances in Compressible Wall-Bounded Flows"Computational Fluid Dynamics Journal. Vol.11, No.1. (2002)

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  • [文献書誌] A.M.Yahyaoui, H.Maekawa: "High Level Noise-Induced Bypass Transition in Compressible Plane Poiseeille Flow"JSME International Journal, Series B. Vol.45,No.2. (2002)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 相澤 寛朗, 前川 博: "DNSによる水素/空気噴流火炎の燃焼音に関する研究"第39回燃焼シンポジウム講演論文集. 169-170 (2001)

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      2001 実績報告書
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  • [文献書誌] 青木 崇志, 渡邊 大輔, 前川 博: "超音速混合層の安定性と渦構造に及ぼすマッハ数の影響"日本機械学会関東支部第8期総会講演会講演論文集. (2002)

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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