超臨界流体における熱力学物性・流体非線形相互干渉のダイナミクスと不確かさの定量化

• 研究課題/領域番号: 26709066
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 東北大学 (2015-2017); 独立行政法人宇宙航空研究開発機構 (2014)
• 研究代表者: 河合 宗司 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40608816)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 21,190千円 (直接経費: 16,300千円、間接経費: 4,890千円); 2017年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2016年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2015年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2014年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
• キーワード: 航空宇宙流体力学 / 数値流体力学 / 流体工学 / 超臨界流体 / 実在流体効果 / 乱流境界層 / DNS / 乱流モデル / 不確かさの定量化 / 実在流体

研究成果の概要

本研究では、超臨界圧条件下における遷臨界乱流境界層の高精度シミュレーションを可能とする高次精度数値計算スキームを開発し、著者の知る限り初めて遷臨界平板乱流境界層のDNSに成功した。また独自に構築したDNSデータベースを解析し、キーとなる超臨界圧・遷臨界乱流境界層特有の熱力学物性と壁乱流との相互干渉現象の詳細や特異な乱流統計量を明らかにした。さらに乱流モデルの構築という観点からも本DNSデータベースを解析し、既存の乱流モデルの問題点を明らかにするとともに、超臨界圧・乱流境界層解析に適した密度変動効果を考慮する乱流モデルの提案に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] 超臨界圧・乱流境界層における密度変動効果のRANSモデリングの提案 (2018)
  • 著者名/発表者名: 及川義仁, 河合宗司
  • 雑誌名: ながれ 巻: 37
• [雑誌論文] Large eddy simulation with modeled wall-stress: recent progress and future directions (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Larsson, S. Kawai, J. Bodart, and I. Bermejo-Moreno
  • 雑誌名: Mechanical Engineering Reviews 巻: 3 号: 1 ページ: 15-00418-15-00418
  • DOI: 10.1299/mer.15-00418
  • NAID: 130005118074
  • ISSN: 2187-9753
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A robust and accurate numerical method for transcritical turbulent flows at supercritical pressure with an arbitrary equation of state (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kawai, H. Terashima, and H. Negishi
  • 雑誌名: Journal of Computational Physics 巻: 300 ページ: 116-135
  • DOI: 10.1016/j.jcp.2015.07.047
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 超臨界流体の特異な乱流境界層現象 - DNS解析とRANSモデリング (2018)
  • 著者名/発表者名: 河合宗司, 及川義仁
  • 学会等名: 平成29年度航空宇宙空力シンポジウム
• [学会発表] 超臨界圧・乱流境界層計算に適したRANSモデリングの提案 (2018)
  • 著者名/発表者名: 及川義仁, 河合宗司
  • 学会等名: 日本航空宇宙学会北部支部2018年講演会ならびに第19回再使用型宇宙推進系シンポジウム
• [学会発表] DNS and RANS modeling of transcritical turbulent boundary layers at supercritical pressure (2018)
  • 著者名/発表者名: Soshi Kawai and Yoshihito Oikawa
  • 学会等名: 12th International ERCOFTAC Symposium on Engineering Turbulence Modelling and Measurements
  • 国際学会
• [学会発表] 超臨界圧・遷臨界乱流境界層の流体物理とモデリング (2017)
  • 著者名/発表者名: 河合宗司
  • 学会等名: 第4回「京」を中核とするHPCIシステム利用研究課題 成果報告会
• [学会発表] 超臨界圧・乱流境界層における密度変動効果のRANSモデリングの提案 (2017)
  • 著者名/発表者名: 及川義仁, 河合宗司
  • 学会等名: 第31回数値流体力学シンポジウム
• [学会発表] 臨界流体の乱流境界層におけるRANSモデリング: 密度変動効果の重要性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 及川義仁, 河合宗司
  • 学会等名: 第48回流体力学講演会/第34回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
  • 発表場所: 金沢市，金沢歌劇座
  • 年月日: 2016-07-06
• [学会発表] 超臨界流体の乱流境界層:圧縮性の効果とlog-law (2016)
  • 著者名/発表者名: 河合宗司
  • 学会等名: 平成27年度航空宇宙空力シンポジウム
  • 発表場所: 鹿児島，指宿いわさきホテル
  • 年月日: 2016-01-22
• [学会発表] Direct numerical simulation of transcritical turbulent boundary layers at supercritical pressures with strong real fluid effects (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kawai
  • 学会等名: 54th AIAA Aerospace Sciences Meeting
  • 発表場所: San Diego, U.S.A.
  • 年月日: 2016-01-04
  • 国際学会
• [学会発表] 超臨界圧・遷臨界乱流境界層の流体物理とモデリング (2016)
  • 著者名/発表者名: 河合宗司
  • 学会等名: 第3回「京」を中核とするHPCIシステム利用研究課題 成果報告会
  • 発表場所: 東京都，コクヨホール
  • 招待講演
• [学会発表] Log-law and compressibility effects in transcritical turbulent boundary layers at supercritical pressure (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kawai
  • 学会等名: 68th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics
  • 発表場所: Boston, U.S.A.
  • 年月日: 2015-11-22
  • 国際学会
• [学会発表] Strong real-fluid effects on transcritical turbulent boundary layers at supercritical pressures (2015)
  • 著者名/発表者名: Soshi Kawai
  • 学会等名: 9th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
  • 発表場所: Melbourne, Australia
  • 年月日: 2015-06-30 – 2015-07-03
• [学会発表] Strong real-fluid effects on transcritical turbulent boundary layers at supercritical pressures (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kawai
  • 学会等名: Ninth International Symposium On Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP-9)
  • 発表場所: Melbourne, Australia
  • 年月日: 2015-06-30
  • 国際学会
• [学会発表] Uncertainty quantification approach based on a non-stationary Kriging surrogate model (2015)
  • 著者名/発表者名: Koji Shimoyama and Soshi Kawai
  • 学会等名: 2nd Frontiers in Computational Physics Conference: Energy Sciences
  • 発表場所: Zurich, Switzerland
  • 年月日: 2015-06-03 – 2015-06-05
• [学会発表] Uncertainty quantification approach based on a non-stationary Kriging surrogate model (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Shimoyama and S. Kawai
  • 学会等名: 2nd Frontiers in Computational Physics Conference
  • 発表場所: Zurich, Switzerland
  • 年月日: 2015-06-03
  • 国際学会
• [学会発表] DNS of transcritical turbulent boundary layers at supercritical pressures under abrupt variations in thermodynamic properties (2014)
  • 著者名/発表者名: Soshi Kawai
  • 学会等名: DFD14 Meeting of The American Physical Society
  • 発表場所: San Francisco, CA, U.S.A.
  • 年月日: 2014-11-23 – 2014-11-25
• [学会発表] 遷臨界乱流境界層のDNS: 特異な乱流統計量とその物理的考察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 河合宗司
  • 学会等名: 反応性熱流動研究グループ第9回研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-11-20
  • 招待講演
• [学会発表] 超臨界圧・遷臨界乱流境界層のDNS: 実在気体効果に起因する特異な乱流統計量 (2014)
  • 著者名/発表者名: 河合宗司
  • 学会等名: 日本機械学会流体工学部門講演会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2014-10-25 – 2014-10-26
• [学会発表] Kriging-based dynamic adaptive sampling for effective uncertainty quantification (2014)
  • 著者名/発表者名: Koji Shimoyama and Soshi Kawai
  • 学会等名: 6th European Conference on Computational Fluid Dynamics
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2014-07-20 – 2014-07-25
• [学会発表] 支配方程式レベルで工夫する高次精度計算法: 航空宇宙工学から宇宙理学まで (2014)
  • 著者名/発表者名: 河合宗司
  • 学会等名: 第４回次世代航空機研究セミナー
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2014-07-07
  • 招待講演
• [学会発表] 超臨界圧条件下における遷臨界乱流境界層の高精度シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 河合宗司
  • 学会等名: 第46回流体力学講演会
  • 発表場所: 弘前
  • 年月日: 2014-07-03 – 2014-07-04
• [学会発表] Kriging-model-based uncertainty quantification in computational fluid dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: Soshi Kawai and Koji Shimoyama
  • 学会等名: 32nd AIAA Applied Aerodynamics Conference
  • 発表場所: Atlanta, GA, U.S.A.
  • 年月日: 2014-06-16 – 2014-06-20