超音速噴流と固体壁の近距離場衝突で誘起される組織的構造を持つ衝撃波システムの解明

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550169
• Research Institution: Kitakyushu National College of Technology
• Principal Investigator: 樫村 秀男 北九州工業高等専門学校, 制御情報工学科, 教授 (00044397)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田上 宗男 北九州工業高等専門学校, 制御情報工学科, 助手 (60321519) ; 久池井 茂 北九州工業高等専門学校, 制御情報工学科, 講師 (50300653) ; 安信 強 北九州工業高等専門学校, 制御情報工学科, 助教授 (70239771)
• Keywords: 超音速噴流 / 衝突噴流 / 衝撃波 / マッハディスク / プレート衝撃波 / セパレーションバブル / 再循環流れ

Research Abstract

本研究では、超音速不足膨張噴流が垂直壁および傾斜壁に干渉する場合に流れ場内に形成される波動および形成される波動と壁面上の温度分布との関連を明らかにすることを目的として、流れの可視化実験、感温液晶とサーモグラフィーによる壁面上の温度分布の計測およびTVD法を用いた数値計算を行った。得られた結果をもとに、流れ場の中に発生している再循環領域についての調査などを行った。
得られた結果を要約すると以下のとおりである。
(1)流れ場内の波動や壁面上の圧力と温度分布に強い影響を与える再循環領域に対する,流れ場の圧力比(貯気圧と背圧との圧力比)とノズル出口から壁面までの距離(壁面の設置位置)の影響を定量的に明らかにした。本研究条件下では,流れ場の圧力比が増加するほど,ノズル出口から壁面までの距離が減少するほど再循環領域による影響が顕著に現れる。
(2)垂直壁との干渉の場合,壁面の中心(ノズル中心軸との交点)における温度が最も高くなるが,再循環領域が形成される場合は温度が最も高くなる位置が変化し,'壁面の中心における温度は流れ場の圧力比が増加するほど,ノズル出口から壁面までの距離が減少するほど低下する。また,流れ場内に形成される垂直衝撃波の位置と直径についても垂直壁の影響により自由噴流の場合と比較して変化する。
(3)傾斜壁との干渉においては,流れ場の圧力比とノズル出口から壁面までの距離が特定の条件下にある場合に上部波尾衝撃波の壁面との干渉点近傍に境界層の剥離が観察され,これに起因した温度変化が壁面上に現れる。境界層の剥離は再循環領域の形成によるものと推測される。

Research Products

• [Publications] 杉山信二, 安信強, 樫村秀男: "垂直平板に衝突する不足膨張噴流の波動形態と圧力比の関係"日本機械学会講演論文集. No.038-2. 183-184 (2003)
• [Publications] 安信強, 樫村秀男: "超音速噴流と干渉する平板上の温度分布の可視化"高速度撮影とフォトニクスに関する総合シンポジウム講演論文集. 157-160 (2003)
• [Publications] T.Yasunobu, T.Irie, H.Kashimura, M.Mohammad, T.Setoguchi: "Characteristics of Temperature Distribution on Plate Caused by Supersonic Impinging Jet"Proceedings 2^<nd> BSME-ASME International Conference on Thermal Engineering. 174-179 (2004)
• [Publications] 樫村秀男, 安信強: "超音速不足膨張噴流と垂直平板との干渉により形成される流れ場"北九州工業高等専門学校研究報告. 37号. 55-60 (2004)
• [Publications] 杉山信二, 安信強, 樫村秀男: "垂直平板に干渉する超音速噴流(Separation Bubbleが平板上の温度分布に与える影響)"日本機械学会講演論文集. No.045-1. 325-326 (2004)