移動境界を含む流れの数値計算法に関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650894
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 東野 文男 東京農工大学, 工学部, 教授 (70011111)
• 研究分担者: 高倉 葉子 東京農工大学, 工学部, 助手 (10262239)
• キーワード: 移動境界 / ALE法 / 移動座標法 / 超音速流 / 高温空気反応モデル / 爆風(Blast wave) / 非構造格子ソルバー

研究概要

本科学研究費により、以下に記すような研究を実施することができた。
初年度(平成12年度)において、研究分担者(高倉葉子)は、移動境界を含む流れの数値計算法について、その支配方程式(一般座標保存系表示式、ALE(Alternative Lagrangean Eulerian)表示式、移動座標法表示式)を系統的に示した。
本年度(平成13年度)においては、ALE表示式を移動境界問題に適用して、ガンタンネル流の数値シミュレーションを行った。数値計算では、より実現象に近い複雑な流れを模擬するという方向のほかに、モデル化(簡略化)を行って少ない計算時間で実用的な解を得ようとする方向がある。ここでは後者の例として、支配方程式として断面積の時間・空間変化を含む準一次元Euler方程式を導き出し、粘性による圧力損失などをモデル化して組み込んだ。本方法の有効性が確認されたので、今後ガンタンネルの設計に役立てる予定である。
また、移動座標法をバリスティックレンジ内飛翔体の数値計算に適用し、マッハ数が1に近い超音速飛行におけるソニックブームを実験で模試するためには、ある程度の飛翔体飛行距離(つまり装置の長さ)が必要であることを示した。
数値計算法の開発の一環として、非構造格子ソルバーの基礎的な信頼性のチェックを行った。セル内における解の勾配の評価法と、衝撃波による非物理的な振動を抑えるためのリミターとの組み合わせによりいくつかの解法が考えられる。どの組み合わせがよいかを、斜め衝撃波の反射問題により検証し、また簡単な解適合格子法を提案した。
物理モデルの開発・適用の一環として、既に研究代表者(東野文男)が提案した高温空気の解離モデルを爆風(Blast Wave)の伝播の数値計算に適用し、その有効性を確認した。

研究成果

• [文献書誌] T.Nitanai, Y.Takakura, F.Higashino: "An Unstructured Grid Solver and Adaptation Using Edge Algorithm"CFD Journal. Vol.10, No.3. 419-423 (2001)
• [文献書誌] G.Sakaguchi, F.Higashino: "Decay of Cylindrical Blast Waves in a Dissociating Air"Proceedings of ISSW23 (23rd International Symposium for Shock Waves). (in print). (2002)
• [文献書誌] G.Sakaguchi, F.Higashino, Y.Takakura: "Decay of Cylindrical Blast Waves in a Dissociating Air"Proceedings of IWSVI4 (4th International Workshop for Shock-Vortex Interaction). (in print). (2002)
• [文献書誌] F.Higashino, T.Kishimoto, Y.Takakura: "Sonic Boom Simulations Detected on a Wall"Proceedings of Russian Japan Symposium of CFD 2001. (2001)
• [文献書誌] 岸本崇, 高倉葉子, 亀田正治, 東野文男: "非定常準一次元ガンタンネル流の数値シミュレーション"平成13年度衝撃波シンポジウム講演論文集. 89-92 (2002)