| 研究課題/領域番号 |
19K04204
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(C)
|
| 配分区分 | 基金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
|
|---|
| 研究機関 | 北九州工業高等専門学校 |
|---|
研究代表者 |
谷口 茂 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 准教授 (00626880)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
|
| 配分額 *注記 |
3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2021年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2020年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
|
|---|
| キーワード | 衝撃波工学 / 非平衡熱・統計力学 / sub-shock / 拡張された熱力学 / 多原子分子気体 / 混合気体 / 球面衝撃波 / 円筒衝撃波 / 相似解 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、従来の理論よりも広い適用可能範囲を持つ「拡張された熱力学」理論を採用し、衝撃波の解析を行う。強い衝撃波の場合、衝撃波の解は常に連続となるわけではなく、不連続面（sub-shock）が現れることが知られている。このようなsub-shockをともなう衝撃波は、これまで十分な解析がなされてこなかった。本研究ではこれに注目して理論的・数値的に解析することにより、その性質を明らかにし、得られた知見を工学的に応用する。
|
| 研究実績の概要 |
本研究では、従来の理論よりも広い適用可能範囲を持つ「拡張された熱力学（ET）」理論に基づき、衝撃波の解析を行う。特に、これまでに十分な解析がなされてこなかった、不連続面（sub-shock）をともなう強い衝撃波に注目して解析を行い、その性質を明らかにすることを目的とする。
5年間にわたる本研究課題の第4年度にあたる本年度では、これまでに得られた理論解析の結果や開発した数値解析プログラムを適用することで、複数の系でsub-shockをともなう衝撃波が示す性質が明らかになった。得られた主な成果は以下の通りである。
(1) 多原子分子混合気体中を伝播する衝撃波の波面近傍の構造について、引き続き解析を行った。前年度までに、オイラー方程式系に基づく解析を行い、sub-shock形成のパラメータ依存性の完全な分類に成功し、論文も出版された。今年度は、より現実的な、それぞれの気体がET理論の場の方程式系に従う場合の解析を進めた。動圧が存在することで、衝撃波構造がより厚く、なめらかになることを定量的に示し、sub-shockに動圧が与える影響を明確にした。
(2) 本研究課題で開発したコードを用いて、球面・円筒衝撃波の時間発展を詳細に解析した。相似解の前提となる、「非常に強い衝撃波」の仮定が成り立たなくなるような、それほど強くない爆発に注目し、従来のオイラー方程式系やナビエストークス・フーリエ方程式系に基づく理論予測と異なる振る舞いが予言される条件を求めた。また、球面衝撃波と円筒衝撃波の比較を行うことで、次元性の影響を定量的に明らかにした。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究課題の全体にわたり、下記のように当初計画以上の結果を得られている。一方で、予想外の結果をまとめる必要があり、論文執筆に想定していた以上の時間がかかっているため。また、コロナ禍の影響で学会報告が延期となっているため。
(1) 多原子分子混合気体中の衝撃波構造の解析で、オイラー方程式系に基づく結果とET理論に基づく結果を比較した結果、当初予想していたよりも多くのsub-shock形成のシナリオが存在し、パラメータの違いがsub-shock形成に大きな影響を及ぼし得ることを発見した。
(2) 球面・円筒衝撃波の解析では、当初予想していたよりもET理論で新たに予想される影響が多岐にわたり、特に動圧の振る舞いについて、新奇な結果が得られた。
|
| 今後の研究の推進方策 |
本研究課題では当初の想定を超える結果がすでに得られている。コロナ禍で延期となった、国内外の学会での成果報告を積極的に進めつつ、得られた成果を論文にまとめることに注力したい。
|
