低圧気流中の物体に働く力とエネルギ-伝達の研究

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63460070
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 曽根 良夫 京都大学, 工学部, 教授 (80025923)
• 研究分担者: 田中 貞映 神戸商船大学, 商船学部, 助教授 (00031469) ; 青木 一生 京都大学, 工学部, 助教授 (10115777)
• キーワード: 希薄気体力学(分子気体力学) / ボルツマン方程式 / ポアズイユ流 / 熱遷移流 / クエット流 / クヌ-セン数 / すべりの境界条件 / 熱ほふく流

研究概要

前年度に引続き、次の3系統の数値解析を行った。1.線形化ボルツマン方程式の解析:空間的に1次元の問題に対して前年度に開発した差分スキ-ムを応用して、平行平板間のポアズイユ流、熱遷移流(以上前年度に着手)、クエット流等の基本的かつ応用上重要な問題を全範囲の希薄度にわたって精密に解析し、諸物理量(流速分布、流量、熱流等)の希薄度による変化を解明した。また、異温度平面凝縮相間の気体の蒸発・凝縮による流れを解析し、逆温度勾配現象が起こるパラメ-タの範囲を全希薄度に対して正確に求めた。目下、上述の差分スキ-ムを拡張し、物体を過ぎる流れの解析を進めている。2.非線形モデル方程式の解析:気体中の凝固相物体からの定常な強い蒸発流を、非線形モデル方程式をもとに差分法によって精密に解析し、蒸発流の詳細な構造、物体と無限遠のパラメ-タ間の関係を全範囲の希薄度にわたって解明した。特にこの問題では気体分子の速度分布関数の不連続が問題になるが、それを正確にとらえる差分法を開発した。これと平行して、前年度に強い非定常蒸発流の解析において開発した差分を応用し、固体壁の急激な温度変化によって誘起される希薄気体の非定常流の解析を進めている。3.線形化モデル方程式の解析:(1)線形化モデル方程式は巨視的変数に対する積分方程式に変換できる。無限領域を含む問題に対してこの方程式を解くための反復解法を開発し、これによってスリットを通る希薄気流を解析して気体の流量と両側の圧力差との関係を全希薄度にわたって求めた。(2)標準型線形化ボルツマン方程式に対して、ある希薄度における解が既知のとき他の任意の希薄度に対する解が解析的手段で求められる変形クヌ-セン数展開法を開発し、これをモデル方程式に応用して平行平板間・円管ポアズイユ流、熱遷移流の任意の希薄度における流速分布、流量を瞬時に求めるパソコン用ソフトウェアを作成した。

研究成果

• [文献書誌] 杉元宏: "平面凝縮相からの強い蒸発II" 真空. 32. 214-218 (1989)
• [文献書誌] 青木一生: "気体論による垂直衝撃波の構造と相互作用の数値解析" 真空. 32. 210-213 (1989)
• [文献書誌] Taku Ohwada: "Heat transfer and temperature distribution in a rarefied gas between two parallel plates with different temperatures:Numerical analysis of the Boltzmann equation for a hard sphere molecule" Rarefied Gas Dynamics:Theoretical and Computational Techniques,edited by E.P.Muntz,D.P.Weaver,and D.H.Campbell (AIAA,Washington,DC). 70-81 (1989)
• [文献書誌] Yoshio Sone: "Evaporation and condensation on a plane condensed phase:Numerical analysis of the linearized Boltzman equation for hard-sphere molecules" Physics of Fluids A. 1. 1398-1405 (1989)
• [文献書誌] Taku Ohwada: "Numerical analysis of the shear and thermal creep flows of a rarefied gas over a plane wall on the basis of the linearized Boltzmann equation for hard-sphere molecules" Phsics of Fluids A. 1. 1588-1599 (1989)
• [文献書誌] Taku Ohwada: "Numerical analysis of the Poiseuille and thermal transpiration flows between two parallel plates on the basis of the Boltzmann equation for hard-sphere molecules" Physics of fouids A. 1. 2042-2049 (1989)
• [文献書誌] Yoshio Sone: "Numerical analysis of the plane Couette flow of a rarefied gas on the basis of the linearized Boltzmann equation for hard-sphere molecules" European Journal of Mechanics B/Fluids. (1990)
• [文献書誌] Yoshio Sone: "Evaporation and condensation of a rarefied gas between its two parallel plane condensed phases with different temperatures and negative temperature-gradient phenomenon-numerical analysis of the Boltzmann equation for hard-sphere molecules" Lecture Notes in Mathematics,edited by G,Toscani(Springer-Verlag). (1990)
• [文献書誌] Yoshio Sone: "Strong evaporation from aplane condensed phase" Lecture Notes in Physics,edited by G.E.A.Meier (Springer-Verlag). (1990)
• [文献書誌] 長谷川学: "スリットをすぎる希薄気体の流れ" 真空. 33. (1990)
• [文献書誌] 曾根良夫: "任意Knudsen数の平面および円管Poiseuille流と熱遷移流の変形Knudsen数展開による解析とデ-タベ-ス" 真空. 33. (1990)
• [文献書誌] Manabu Hasegawa: "Rarefied gas flow through a slit" Physics of Fluids A. (1990)