対称軸近傍における衝撃波干渉の実験的、数値解析的研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650165
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 齋藤 務 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (00302224)
• 研究分担者: 高山 和喜 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (40006193) ; HOSSEINI SeyedHamid Reza 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (40323109) ; EUGENE Timofeev 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (10292286)
• キーワード: キーワード正常反射 / 非正常反射 / Mach反射 / 軸対称衝撃波 / 衝撃波斜め反射 / CFD / 非構造格子 / 自動格子細分化

研究概要

軸対称衝撃波の軸上での反射形態として理論的には非正常反射(Mach反射)のみが可能であるとの結論が導き出されている。一方、衝撃波の平板上での斜め反射では正常および非正常反射が可能であることから、軸対称流れにおける衝撃波の軸付近での振る舞いについては様々な議論がなされている。本研究では提案期限内にこれらの事柄を系統的に研究解明する事が主たる目的である。
平成13年度の研究計画では、実験的研究においては縦型衝撃波管による軸対称衝撃波の反射実験、また数値解析的研究においてはCFDコードの並列化、最適化と数値模擬が計画されているが、これらの計画項目はほぼ達成された。
東北大学流体科学研究所の衝撃波研究センターにおいて軸対象衝撃波同士が干渉する様子を再現するため縦型衝撃波管を設計、開発し、設置、調整を行った。この衝撃波管は実験毎の再現性を良くするために、ピストンを利用した無隔膜衝撃波管とすることで、再現性のみ成らず実験サイクルの改善も計られている。軸対称な衝撃波の反射形態を可視化するために観測部は非球面レンズを持ちレーザーホログラフィー干渉計法による密度測定が可能である。
数値計算については、2次元圧縮性軸対称流れを数値模擬するための計算コードの開発を終え、東北大学流体科学研究所の計算機システムのための最適化もほぼ終了したし計算コードは、三角形および四角形要素による非構造格子を用いており、更に空間解像度をあげるための自動格子細分化機能をもち、実距離においても数ミクロン程度の空間解像度での計算を可能としている。
これら、実験および数値解析に関するこれまでの成果は複数の論文に発表した。また、現在これまでの成果を総合的に考察しながら来年度研究計画の調整を行っている。

研究成果

• [文献書誌] H.Yamashita, A.Abe T.Saito, K.Takayama: "Parallel Computations of nozzle starting flow"The 23rd Int. Symp. on Shock Waves(Fort Worth , USA, 22-27 July 2001), 2001, 7p..
• [文献書誌] B.W.Skews, N.Menon, M.Bredin, E.Timofeev: "An experiment on imploding shock waves"Shock Waves Journal. Vol.11. 323-326 (2002)
• [文献書誌] E.Timofeev, S.Molder, P.Voinovich, S.H.R.Hosseini, K.Takayama: "Shock wave reflections in axisymmetric flow"To be published in "Shock Waves", CD-ROM The 23th Int. Symp. on Shock Waves (Fort Worth, USA, 22-27 July 2001) 7p..
• [文献書誌] S.H.R.Hosseini, K.Takayama: "Study of shock wave focusing and reflection over symmetrical axis of a compact vertical co-axial diaphragmless shock tube"The 23rd Int. Symp. on Shock Waves (Fort Worth, USA, 22-27 July 2001), 7p..
• [文献書誌] E.Timofeev, S.Moeler, P.Voinovich, S.H.R.Hosseini, K.Takayama: "Shock wave reflection in axisymmetric flow"The 23rd Int.Symp. on Shock Waves (Fort Worth, USA, 22-27 July 2001), 2001, 7p.
• [文献書誌] T.Saito, A.Abe, K.Takayama: "Benchmark of Parallelization Methods for Unstructured Shock Capturing Code"The 15th International Parallel & Distributed Processing Symposium (San Francisco, California, USA, 23-27 April 2001, P.Srimani (Editor in Chief), CDROM, IEEE Computer Society Press, 8pages.