宇宙における低密度ジェットの非平衡現象

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08044155
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 西田 迪雄 九州大学, 工学部, 教授 (10025968)
• 研究分担者: BEYLICH A.E. アーヘン工科大学, 教授 ; DANKERT C. ドイツ航空宇宙研究所, 希薄極超音速研究所, 研究員 ; 新美 智秀 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (70164522) ; パーク チョル 東北大学, 工学研究科, 教授 (30271612) ; 手島 光司 京都教育大学, 教育学部, 教授 (90026104)
• キーワード: スペース / ジェット / 低密度 / 非平衡 / 希薄気体力学

研究概要

以下の研究成果を得た。
1.オリフィスから膨張する自由噴流の構造を、モンテカルロ直接法による数値解析により模擬できることを確立し、種々のクヌーセン数に対する自由噴流構造に関する知見を得た。
2.低密度ジェットが宇宙構造物に衝突するいわゆる宇宙ジェットインピンジメントに関して、モンテカルロ直接法による数値計算法を確立し、ジェットが垂直壁に衝突する垂直インピンジメント、ジェットがその軸に平行な平板と干渉する平行インピンジメント、ジェット軸と平板との角度が45度場合の斜めインピンジメントにつき、数値解析を行い、共同研究先のドイツ航空宇宙研究所で行われた実験および実験式と比較し、良好な一致を示し、数値解析法の検証が行うとともに、ジェットインピンジメントの流れ場の構造を明らかにした。
3.アーク加熱された高温解離空気が、オリフィスから自由空間へ膨張するジェットの内部で発生する熱非平衡を、並進温度、電子温度、および窒素分子、酸素分子、一酸化窒素、一酸化窒素イオンの振動温度に分離した6温度モデルを用いてジェットの数値解析を行い、各内部エネルギーモードに基づいた温度の非平衡の程度を明らかにした。
4.超希薄流の計測法としてドイツ航空宇宙研究所と共同でREMPI(Resonantly Enhanced Multiphoton Ionization:共鳴多光子イオン化法)の文献調査を行うとともに,その実用化に向けてドイツおよび日本において実験装置を完成させ,REMPIスペクトルの検出を可能にした.現在超音速ジェットおよび面分子干渉問題における非平衡現象の解明にREMPIを適用するための準備が進行中である.
5.オリフィスから膨張する3次元超音速ジェットを、レーザ誘起蛍光法により可視化して、その3次元構造を明らかにした。すなわち、オリフィス断面が正多角形では、下流のジェットの断面はオリフィス断面を維持しないこと、さらにジェット周辺にスパイクが現れること、これはジェット境界から周辺への渦によることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] M.Nishida & M.Matsumoto: "Thermochemical Nonequilibrium in Rapidly Expanding Flows of High-Temperature Air" Zeitschrift fuer Naturforschung. Vol.52a. 358-368 (1997)
• [文献書誌] M.Hirakawa, S.Aso, M.Nishida & M.Matsumoto: "Arc-Heated Wind Tunnel Experiments" Proc.2nd Asian-Pacific Conf.on Aerospace Technology and Science,Dun Huang,China,. 125-130 (1997)
• [文献書誌] M.Nishida & M.Matsumoto: "Numerical Analysis of Nonequilibrium Freejets Using a Multi Vibrational-Temperature Model" Rarefied Gas Dynamics 20 (Peking University Press,Beijing). 531-536 (1997)
• [文献書誌] C.Dankert, G.Gundlach, A.Mohamed S.Novopashin, T.Pot: "Gas-Surface-Interaction Measured by Spectroscopy Methods" Proc.17th ICIASF,Calif.,USA. 329-335 (1997)
• [文献書誌] S.Novoppashin, C.Dankert, K.Lehmkoester, A.Mohamed, T.Pot: "Rotational Temperature Measurements of N2-Molecules Reflected from a Wall" 20th Int.Symp.on Rarefied Gas Dynamics. 19-24 (1997)
• [文献書誌] M.Usami, K.Teshima: "Monte Carlo Simulation of Axisymmetric Underexpanded Jets in Near Continuum,Transition and Scattering Regimes" Proc.Int.Conf.Fluid Eng.'97. Vol.III. 1259-1264 (1997)
• [文献書誌] K.Teshima, M.Usami: "An Experimental Study and DSMC Sumulation of Rarefied Supersonic Jets" Rerefied Gas Dynamics 20. 567-572 (1997)
• [文献書誌] H.Oguchi, T.Soga: "Computation of Rarefied Gas Flows at Near-Equilibrium State by Discrete-Velocity Ordinate Method" Rarefied Gas Dynamics (Peking Univ.Press). 285-290 (1997)
• [文献書誌] T.Soga: "On the Singular Behavior of Solution to the Kinetic Model Equation" Proc.2nd Asian-Pacific Conf.on Aerospace Technology and Science,Dun Huang,China. 57-63 (1997)
• [文献書誌] 新美 智秀: "02-LIPFによる超音速流れの可視化" 日本機械学会論文集(B編). 62-594. 628-636 (1996)
• [文献書誌] T.Niimi: "Flow Field of Interacting Parallel Supersonic Free Jets" JSME Int.J.39-1. 95-100 (1996)
• [文献書誌] 新美 智秀: "対向する超音速自由噴流の構造解析" 日本機械学会論文集(B編). 62-596. 1377-1382 (1996)
• [文献書誌] T.Niimi: "Visualization of a Supersonic Flow Using 02-LIPF" JSME Int.J.39-3. 533-539 (1997)
• [文献書誌] 新美 智秀: "02-LIPFを用いた高温空気流の温度計測法に関する研究" 日本機械学会論文集(B編). 63-610. 2029-2035 (1997)
• [文献書誌] Chul Park: "Evaluation of Real-Gas Effects in High Enthalpy Impulse Test Facilities.A Review" Journal of Thermophysics and Heat Transfer. Vol.11. 10-18 (1997)
• [文献書誌] Chul Park: "Evaluation of Real-Gas Effects in High Enthalpy Aerothermal Facilities.A Review" Journal of Thermophysics and Heat Transfer. Vol.11. 330-338 (1997)