空気中の強い衝撃波に関する研究

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 61420021
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 本間 弘樹 千葉大学, 工学部, 教授 (90009233)
• 研究分担者: 佐藤 明 千葉大学, 工学部, 助手 (50211941) ; 西川 進栄 千葉大学, 工学部, 教授 (80009753) ; 大川 澄雄 千葉大学, 工学部, 教授 (50009247)
• キーワード: 衝撃波 / 衝撃波管 / 熱放射 / マイクロ波 / 電子ビ-ム / 高温空気 / 数値流体力学 / 極超音速流

研究概要

1.空気中の強い衝撃波に関する実験。(1)衝撃波背後の発光観測:【○!1】スペクトル分解した2波長を光電子増倍管により同時観測し、窒素分子イオン(1-)からの発光が、窒素分子(2+)からの発光より立上がり時間の遅れがあることが観測された。【○!2】衝撃波管々端に窓を設けて、管断面内の発光の積分強度分布を観測し、管中央部に管壁付近の不純物発光の影響を受けない領域がかなり存在することが明らかとなった。【○!3】衝撃波管測定部の改良により、発光強度の2次元分布に不規則な発光が殆ど見られなくなり、良好な一次元性を得ることができるようになった。(2)マイクロ波測定:衝撃波背後に高密度のプラズマ領域に関するマイクロ波の順問題をMaxwell方程式の境界値問題として解き、反射係数からプラズマ状態を推定する逆問題についての一つの目安を得た。(3)電子ビ-ム測定:電子ビ-ム装置を改良した測定部に取付け、発光法および減衰法により、衝撃波々面の観測を行った。初期圧0.1torr、衝撃マッハ数5.25について、波面構造を観測することができた。
2.強い衝撃波背後の流れに関する数値解析。(1)反応解析:空気中の強い衝撃波背後の流れに対して、1次元反応モデルによる解析がなされた。11成分モデル(O_2、N_2、NO、N、O、O^+_2、N^+_2、NO^+、N^+、O^+、e^-)を用いた。並進温度、振動温度、電子温度が異なる3温度モデル解析を行って、初期圧0.1Torr、初期温度300K、衝撃マッハ数30の条件で計算し(RKG法)、波面背後の各温度分布、化学種分布を得た。(2)圧縮流に対する数値解法の比較:緩和法、BW法、DDーADI法およびPCーTVD法について、圧縮性2次元軸対称流問題に適用して、解法の比較検討を行った。緩和法は収束は速いが計算領域形状ないしは格子形成手法の影響を受けやすいこと、PCーTVD法は高いマッハ数でより細かい空間メッシュを必要とすることなどが明らかにされた。

研究成果

• [文献書誌] 飯塚弘之,大野太郎,小田桐成人,梶田昌弘,本間弘樹: "空気中の強い衝撃波背後の発光の二次元構造" 流れの可視化(写真集). 6. 14-19 (1989)
• [文献書誌] H.HONMA,A.TSUKAMOTO and D.Q.XU: "CONTINUUM AND KINETIC APPROACHES IN NUMERICAL SIMULATION OF SHOCK WAVES MOVING ALONG A PLANE WALL" Proceedings of Soviet UnionーJapan Symposium on Computational Fluid Dynamics,Khabaroysk,9ー16,IX,1988. 2. 148-154 (1989)
• [文献書誌] N.GUNG,K.YASHIRO and S.OHKAWA: "ANALYSIS OF MSFVW RESONATOR COVERED WITH HOLED METAL SHEETーA DUAL INTEGRAL METHOD" Proceedings of 2nd International Symposium on Recent Advances in Microwave Technology. 2-6 (1989)
• [文献書誌] H.IIZUKA,H.HONMA,A.TSUKAMOTO and T.OHNO: "TWOーDIMENSIONAL FEATURES OF STRONG SHOCK WAVES IN GASES" Proceedings of 17th International Symposium on Shock Waves and Shock Tubes,Bethlehem,USA,17ー21 July,1989. (1990)
• [文献書誌] H.HONMA and N.NISHIKAWA: "SOME TOPICS OF NAVIERーSTOKES SOLVERS" Institute of Space and Astronautical Sciences,Report SP. (1990)
• [文献書誌] D.Q.XU,H.HONMA and T.ABE: "A NUMERICAL METHOD FOR A KINETIC EQUATION AND ITS APPLICATION TO PROPAGATING SHOCK WAVES" COMPUTERS&FLUIDS. (1990)