濃密気体の高速流れの研究

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05805081
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 石井 隆次 京都大学, 工学部, 助教授 (20026339)
• 研究分担者: 梅田 吉邦 京都大学, 工学部, 助手 (30026132) ; 森岡 茂樹 京都大学, 工学部, 教授 (60029395)
• キーワード: 濃密気体 / 超音速流 / 膨張衝撃波 / 蒸発凝縮

研究概要

本研究では濃密気体の高速流の流動特性を明らかにするため、特に波動現象に注目して以下の研究を行い、いくつかの貴重な成果を得た。
1.強い圧縮・膨張を伴うファン・デル・ワールス気体の流れとして、一次元衝撃波管問題の理論的・数値的研究をおこない、膨張衝撃波(逆行性)とそれに関連したいくつかの興味ある特性が解明された。即ち比体積-圧力線図上で、ある点を通るショックアディアバティックとその上にあるの別の点から引いたショックアディアバティックは最高で4点で交わる。この結果として、一つの衝撃波により得られる状態を、連続した2つの衝撃波(膨張衝撃波と圧縮衝撃波)により合成可能であることが示された。これは従来の気体力学の常識に反する極めて興味ある結果である。
2.ペンタン用衝撃波管を製作し、基礎的性能実験を行い、まずその安全性を確認し、次に濃密気体の強い非線形現象の特性を解明する手段としての装置の有効性について詳しく調べた。
3.ペンタン用衝撃波管を改造した衝撃波反射型衝撃波管風洞で自由噴流の実験をおこなった。その結果、多分子濃密気体のもう一つの特性である蒸発・凝縮に関連した逆行性による凝縮衝撃波とその分解(ショック・スプリッティング)の現象が確認された。現在、衝撃波及び自由噴流の実験結果と理論的・数値的結果とのさらに詳細な比較・検討を行っている。
4.これまでの理論解析の結果から、濃密気体の逆行性に伴う膨張衝撃波を実現するためには、さらに高温・高圧用の実験装置が必要であることが明かになった。従って今回製作した装置の改造とそれを用いた実験的研究は今後の問題として残された。

研究成果

• [文献書誌] Ryuji Ishii: "Bubbly flows through a converging-diverging nozzle" Physics of Fluids. A5. 1630-1643 (1993)
• [文献書誌] Yoshikuni Umeda: "Hole tone generation from highly choked jets" J.Acoust.Soc.America. Vol.94. 1058-1066 (1993)
• [文献書誌] Ryuji Ishii: "Structure of Shock Waves in Bubbly Liquid" Proc.of the 5th ISCFD-Sendai. Vol.II. 347-351 (1993)
• [文献書誌] Yoshikuni Umeda: "Oscillation modes of underexpanded jets issuing from square and equilateral triangular nozzles." J.Acoust.Soc.America. Vol.95. 1853-1857 (1994)
• [文献書誌] Ryuji Ishii: "Structure of Shock Waves in Bubbly Liquid" Mem.Fac.Eng.,Kyoto Univ.Vol.56. 147-175 (1994)
• [文献書誌] 宍戸紀彦: "ファン・デル・ワールス流体で見られる蒸発波および凝縮波" 流れ. 13. 389-398 (1994)
• [文献書誌] Ryuji Ishii: "Research Trends in Physics of Fluids Vol.1.(予定)" Council of Scientific Research Integration of INDIA.(予定), 15 (1995)