非接触測定法による衝撃波を含む遷音速ディフューザ流れの三次元非定常構造の解明

使用非接触测量方法阐明包含冲击波的跨音速扩压器流的三维非定常结构

• 批准号: 17760146
• 负责人: 半田 太郎
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760146/
• 关键词: 遷音速ディフューザ; 衝撃波; 境界層; 三次元流れ; レーザー誘起蛍光法

本年度は,昨年度レーザー誘起蛍光法で取得した遷音速ディフューザ内の三次元マッハ数分布の妥当性を評価するため,ナビエーストークスを基礎方程式とした数値シミュレーションを行った.乱流モデルには,研究代表者の過去の研究で垂直衝撃波/境界層流れにおいて実績のあるk-ω二方程式モデルを用いた.数値シミュレーションでは,流れの領域を複数に分割して,MPI(Massage Passing Interface)により並列計算を実施し,解の収束の高速化をはかった.さらに,数値シミュレーション結果のチェックに用いる壁面圧力分布の測定や油膜法による壁面上の流れパターンの可視化を行った.数値シミュレーション結果は,レーザー誘起蛍光法で取得した三次元マッハ数分布,壁面圧力分布,油膜法による壁面上の流れパターンのすべての実験結果と良く一致した.さらに,シミュレーション結果を詳細に考察すると,衝撃波足下から三次元的な渦が発生していることが分かった.この渦の発生機構を解明するため,シミュレーション結果から流れ方向の圧力勾配を求め,ディフューザコーナー部の衝撃波構造を数値的に可視化した.その結果,ディフューザコーナー部では三次元的で複雑な衝撃波構造が存在していることがわかった.この三次元衝撃波構造は,研究代表者が過去に行った一定断面積矩形ダクト内の垂直衝撃波/境界層干渉流れにおいて観測されたものとは異なっており,広がり角がある矩形ダクト特有のものであることがわかった.この衝撃波構造をもとに流れをモデル化し,考察することで衝撃波足下における三次元渦の発生機構を明確に説明できた.

今年，为了评估去年使用激光诱导荧光法获得的跨音速扩散器内部三维马赫数分布的有效性，我们使用纳维-斯托克斯作为基本方程进行了数值模拟。 k-ω二方程模型，在代表人过去的研究中，在垂直冲击波/边界层流方面有着良好的记录。在数值模拟中，我们将流动区域划分为多个部分，并使用MPI（Massage Passing）使用“Interface”进行并行计算，以加快解的收敛速度。此外，测量壁面压力分布以检查数值模拟结果，并使用油膜法将壁面上的流动模式可视化。模拟结果是利用激光诱导荧光获得的。结果与油膜法三维马赫数分布、壁面压力分布和壁面流型的实验结果吻合良好。此外，当详细考虑模拟结果时发现为了阐明该涡流的产生机制，我们进行了模拟。根据模拟结果确定了流动方向的压力梯度，并对扩压器角部的激波结构进行了数值可视化，结果发现扩压器角部存在三维复杂的激波结构。三维冲击波结构是基于首席研究员过去进行的恒定横截面。结果发现，这与在矩形风道中观察到的垂直激波/边界层干涉流不同，并且是具有发散角的矩形风道所特有的。基于这种激波结构，对流动进行了建模。这样，我们就能够清楚地解释冲击波下三维涡旋的产生机制。

项目成果

超音速キャビティ流れの三次元振動現象の数値解析による可視化

通过数值分析可视化超声速腔流中的三维振动现象

• 发表时间: 2006
• 作者: 小野大輔; 半田太郎; 青木俊之; 益田光治
• 通讯作者: 益田光治

不足膨張噴流を利用した低温状態におけるアセトンのLIF特性に関する研究

利用欠膨胀射流研究丙酮在低温条件下的LIF特性

• 发表时间: 2006
• 作者: 半田太郎; 青木俊之; 益田光治; 樫谷賢士; 山口裕
• 通讯作者: 山口裕

Investigation of Low Temperature Acetone LIF Characteristics Using Underexpanded Freejets

使用欠膨胀自由喷嘴研究低温丙酮 LIF 特性

• 发表时间: 2007
• 作者: T.HANDA; T.Aoki; M.MASUDA; M.KASHITANI; Y.YAMAGUCHI
• 通讯作者: Y.YAMAGUCHI

レーザー誘起蛍光法による遷音速ディフューザ流れの三次元構造の可視化

使用激光诱导荧光方法可视化跨音速扩散流的三维结构

• 发表时间: 2005
• 作者: 小野大輔; 半田太郎; 青木俊之; 益田光治
• 通讯作者: 益田光治

Acetone LIF Method as a Diagnostics Tool for Measurement of Low Temperature Flows

丙酮 LIF 方法作为测量低温流量的诊断工具

• 发表时间: 2007
• 作者: M.KASHITANI; Y.YAMAGUCHI; T.HANDA; M.MASUDA
• 通讯作者: M.MASUDA