| 研究課題/領域番号 |
21K03880
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 | 富山県立大学 |
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研究代表者 |
坂村 芳孝 富山県立大学, 工学部, 教授 (00264680)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 数値流体力学 / 飛散物 / 衝撃波 / 圧縮性流れ / 6自由度運動 / OpenFOAM / 重合格子 / 爆発飛散物 / 重合格子法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
爆発によって生じる飛散物は，同時に発生する爆風や放射熱と同様に，周囲に甚大な被害をもたらすことがある．飛散物の危険度評価には飛散物の軌跡や速度の情報が必要となるが，飛散物の運動は周囲の流れ場と強く結びついており，その予測は難しい．本研究では，飛散物の6自由度運動方程式と圧縮性流れの支配方程式とを連成させて解析することで，揚力係数や抗力係数などの経験的パラメーターを導入することなく，飛散物の軌道を予測するツールを開発する．運動する物体と流れ場との相互作用は重合格子法によって取り扱い，予測結果の妥当性は衝撃波管を用いた実験によって検証する．
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| 研究実績の概要 |
本研究は，剛体の6自由度運動方程式と流体運動の支配方程式とを連成して解析する数値シミュレーターを開発し，爆発によって生じる飛散物の危険度評価に資するツールを提案することを最終的な目的とするものである．令和4年度に実施した主な研究は，以下に示す通りである．
(1) 昨年度の研究で有効性が確かめられた数値シミュレーターを用い，衝撃波管内を伝播する衝撃波との衝突によって誘起される直方体形状物体の運動を予測した．管路幅を変えて行ったシミュレーションによって，管路幅の違いが物体の運動に及ぼす効果（閉塞効果）を調べた．その結果，従来の実験で用いられた管路幅30 mmの衝撃波管内では，物体に作用する抗力（流体力の流れ方向成分）が閉塞効果を強く受けていることを示すことができ，その流体力学的要因を明らかにすることができた．本成果は，爆発飛散物の運動に及ぼす周囲環境の重要性を示すものであり，閉鎖された空間内における飛散物の危険度評価に資するものとなった．
(2) 爆発によって生じる強い衝撃波を伴う流れ場に対するOpenFOAMの有効性を調査するため，反応性気体を対象としたソルバー（hy2Foam）を用いた数値シミュレーションを試みた．その結果，大気圏再突入時の極超音速流れのように極めて強い衝撃波を伴う場合においてもOpenFOAMが利用できることが明らかになった．ただし，よどみ点近傍において壁面近傍の物理量の分布が不自然になる場合があり，その原因を明らかにする必要がある．
以上の成果については，国内の学術講演会等で発表・公表した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
数値シミュレーターの開発は概ね順調に進んでいるものの，人員不足により衝撃波管を用いた可視化実験が遅れている．
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| 今後の研究の推進方策 |
遅れている可視化実験を進めるとともに，今年度得られた成果を国際会議等で発表し，他の研究者と議論を重ねていく．また，開発した数値シミュレーターの公開のための準備も進める．
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