非定常キャビテーション流れの数値解析法の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650180
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 梶島 岳夫 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30185772)
• 研究分担者: 太田 貴士 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10273583)
• キーワード: キャビテーション / 数値シミュレーション / 翼列 / 気液二相流 / 非定常流れ / 相変化 / 数値流体力学

研究概要

翼列のキャビテーション流れの解析は、微細な気泡の運動からマクロな非定常流動に至るまで、幅広い時空間スケールにおよぶ気液二相の非定常流れであるため、実験的にも理論的にも困難が多く、数値シミュレーションに大きな期待が寄せられている。そこで、本研究では、キャビテーションを伴う翼列の不安定流れの実用的な解析法の確立を試みている。本年度の研究課題は、(1)数理モデルの構築と(2)非定常キャビテーション流れの解析から成る。課題(1)に関して、簡易キャビテーションモデル(Chenモデル)に対して気泡力学に基づいたマクロスケールモデルの導入、乱流現象に対応して新しいLES(1方程式型ダイナミックSGSモデル)の提案と一般座標系への拡張、低マッハ数圧縮流れに対してはCCUP法による圧力・密度・速度のカプリング法の導入を行った。以上の3項目を非定常キャビテーション解析コードとして統合化するには至らなかったが、個々の要素モデルの研究は進展し、特に本研究期間内に提案した1方程式型ダイナミックSGSモデルにより従来のモデルよりも高解像度で翼周りの非定常乱流を解析できることが実証された。非定常キャビテーション流れ現象に関しては、二次元直線翼列の解析を実施し、前年度までの計算条件とモデルを見直した結果、翼列の作動条件により剥離に伴うキャビテーションの伝播と旋回キャビテーションの2つのモードの再現に成功し、本研究で開発中のモデルの妥当性が実証された。

研究成果

• [文献書誌] 梶島岳夫: "ダイナミック手法により生成項を求める1方程式型サブグリッドスケールモデル"日本機械学会論文集B編. 69-685. 1996-2001 (2003)
• [文献書誌] 梶島岳夫: "Applying dynamic procedure for the energy production in one-equation subgrid scale model of LES"Proc.3rd International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena. 651-656 (2003)
• [文献書誌] 梶島岳夫: "One-equation subgrid scale model using dynamic procedure for the energy production"ASME FEDSM2003-45348. (CD-ROM). (2003)
• [文献書誌] 太田貴士: "Direct numerical simulation of turbulent separating flow in an asymmetric plane diffuser"Turbulence, Heat and Mass Transfer (eds.Hanjalic, K., Nagano, Y. & Tummers, M.J.), Begell House. 4. 441-448 (2003)
• [文献書誌] 山本哲也: "二次元翼周りの非圧縮乱流のLES"日本機械学会 第16回計算力学講演会講演論文集. 167-168 (2003)
• [文献書誌] 大橋祐一: "翼列キャビテーション流れの数値解析"日本機械学会関西支部 第79期定時総会講演会 講演論文集. (印刷中). (2004)