| 研究課題/領域番号 |
21J15243
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
福嶋 岳 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
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| キーワード | 衝撃波 / 圧縮性流体力学 / リーマン問題 / 数値流体力学 / 非定常 / 衝撃波管 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
衝撃波は流体中に生じる不連続波の一つであり、強い非線形性を有するため乱流場をはじめとした擾乱場を伝播する際の挙動の予測が困難である。この干渉現象、すなわち衝撃波－乱流干渉現象の理解は、近年機運の高まる持続可能な超音速旅客機運用において衝撃波による騒音予測などに対して有益となる、工学的に重要な研究課題である。本研究では衝撃波がランダムな速度変動場である乱流と干渉するときの変調特性を明らかにすることを目的に、世界独自の実験装置である対向衝撃波管による実験と数値シミュレーションを併せて実施する。最終的には圧力場変調、衝撃波面消失現象に関する工学的に有益な流体モデル構築を目指す。
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| 研究実績の概要 |
数値解析については、昨年度に明らかとなった有限体積法における衝撃波マッハ数1.01付近の微弱衝撃波の数値解析における課題に対し、数値解析手法の改善を行った。有限体積法における再構築法について、圧縮性流れ計算に広く使用されるMUSCL法に気液流れの界面捕獲に使用されているTHINC法をハイブリッドした手法を適用を検討した。本手法では微弱衝撃波計算を5セル程度の数セルで捉え、微弱衝撃波計算に有効であることが示された。その他2次元問題についても有効であることが分かり、今後の様々な流れ場への展開が期待される有益な結果が得られた。一方で、弱い移動衝撃波と乱流場の干渉の数値解析は、本研究によって新たに明らかとなった弱い移動衝撃波計算における異常解の発生によって、十分に行うことができず、条件が異なる既往研究を参照した。
実験では、衝撃波－乱流干渉現象における衝撃波変調現象を理解するため、1次元に近い系に単純化した衝撃波と流速場の干渉実験を対向衝撃波管によって実施した。開放空間において対向衝撃波管を作動させ、衝撃波管管端から形成される球状衝撃波と衝撃波進行方向に形成した定常吸込み場を干渉させたところ、光学可視化画像上において定常吸込み場付近において衝撃波が前方に変形する結果が得られた。一方、誘起される流速場が圧力場を伴う非定常膨張によって誘起される場合、衝撃波変調が生じないことを確認した。これは昨年度研究代表者らによって提唱された流速場干渉による衝撃波低減・消失現象における理論と一致した傾向であった。また有限体積法による計算でも同様の現象が確認された。これらの結果は乱流が衝撃波波面に及ぼす影響をモデル化・実験検証したものであり、今後の工学応用へ向けて重要な結果となった。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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