非定常遷音速流れ解析に適するNSシミュレ-タの開発

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02452114
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 大宮司 久明 東北大学, 工学部, 教授 (70005239)
• 研究分担者: 山本 悟 東北大学, 工学部, 講師 (90192799) ; 井小萩 利明 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (90091652)
• キーワード: 数値流体力学 / 非定常流れ / 遷音速流れ / ナビエ・スト-クス方程式 / シミュレ-タ / コンピュ-タ・グラフィックス / 差分法 / アニメ-ション

研究概要

この研究の目的は、まず非定常遷音速流れを解析するための効果的な計算アルゴリズム、特に衝撃波のみならず非定常後流やジェットも正確にシミュレ-トできる新しい差分スキ-ムを開発することであり、さらに、非定常計算によって得られた結果をコンピュ-タグラフィックス装置を用いて実際にビデオ装置に動画として記憶するためのシステム、すなわちNSシミュレ-タを設計することである。最終年度である本年度行った研究業績の概要を以下にまとめた。
1.前年度までに開発されているNSシミュレ-タの概要ならびに応用例が日本機械学会論文集に記載された。この中では,二次元超音速圧縮機翼列ならびに遷音速タ-ビン静・動翼列の非定常流れが計算され、最終的にアニメ-ションされる過程が報告されている。
2.前年度開発されたMUSCL型の空間差分スキ-ムが、さらに比較的簡単な計算アルゴリズムを付け加えることで空間方向4次精度のTVD差分スキ-ムに拡張された。この差分スキ-ムの利点は、空間方向の精度を上げることで衝撃波のみならず、比較的弱い不連続(たとえば、すべり面、接触不連続面など)を完全に捕獲することができることである。さらに空間方向二次精度の非定常計算アルゴリズムと組合わせることにより、非定常後流や渦、さらにはこれらと衝撃波との干渉をも劇的に捕獲することに成功している。
3.上記2.は開発中であったNSシミュレ-タに新たに組み込まれ、すでに解析されている流れについて再計算しアニメ-ションにされた。その結果、衝撃波と渦との非定常的な干渉がさらに鮮明に捕らえられることが視覚的に明らかにされた。この成果については、13th Int.Conf.on Numerical method in Fluid Dynamics,Romaならびに28th AIAA/SAE/ASME/ASEE Joint Propulsion Confにて発表する予定である。

研究成果

• [文献書誌] S.Yamamoto: "A Numerical Method for the Transonic Cascade Flow Problems" J.of Computers & Fluids. 19. 461-478 (1991)
• [文献書誌] 石坂 浩一: "衝撃波を伴った超音速混合層の数値計算" 第2回衝撃波シンポジウム構演論文集. 499-502 (1991)
• [文献書誌] S.Yamamoto: "Unsteady NavierーStokes Simulation of Turbulent Flows through a Supersonic Compressor Cascade" The First Joint ASME/JSME Fluids Engineering Conf.,Portland. FEDー120. 73-79 (1991)
• [文献書誌] S.Yamamoto: "HigherーOrder Accurate Upwind Schemes for Solving the Compressible Euler and NavierーStokes Equations" 4th Int.Symp.on Computational Fluid Dynamics,Davis. II. 1269-1274 (1991)
• [文献書誌] S.Yamamoto: "Computation of Unsteady Transonic Cascade Flow Using the Euler and NavierーStokes Equations of Contravariant Velocities" Proc.of 1991 Yokohama Int.Gas Turbine Congress. II. 1-8 (1991)
• [文献書誌] 石坂 浩一: "非定常遷音速流れ解析に適した数値シミュレ-タの開発" 日本機械学会論文集B編. 57. 4130-4135 (1991)
• [文献書誌] 大宮司 久明: "圧縮性流れの数値スキ-ムの基礎的考え" 日本機械学会論文集B編. 57. 2509-2515 (1991)
• [文献書誌] 大宮司 久明: "ガスタ-ビンの流れ解析法" 日本ガスタ-ビン学会秋季講演会論文集. 221-231 (1991)
• [文献書誌] 山文 悟: "5次精度コンパクト上流差分スキ-ム" 第5回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 83-86 (1991)
• [文献書誌] 田沼 唯士: "蒸気タ-ビン翼列の遷音速流れの数値解析と風洞試験" 日本機械学会第69期全国大会講演論文集B編. 910ー52. 4-6 (1991)
• [文献書誌] 山本 悟: "遷・超音速流れ解析に適した高解像度NavierーStokesソルバ-" 日本機械学会第69期全国大会講演論文集B編. 43-44 (1991)
• [文献書誌] H.Daiguji: "Computational Fluid Dynamics for Turbomachinery" Bulletin of GTSJ. (1992)