乱流との干渉による衝撃波崩壊のメカニズムの解明

阐明湍流干扰引起的冲击波崩溃机制

• 批准号: 19J12973
• 负责人: 田中 健人
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J12973/
• 关键词: 衝撃波; 乱流; 直接数値計算; 統計解析; 圧縮性; 数値計算

2020年度においては2019年度までに直接数値計算を行って収集したデータの解析を行い，論文へまとめて投稿した．また，これまでの研究成果をまとめて，学位取得のために博士論文を作成した．行った解析としては乱流と干渉し，変形した衝撃波の位置を検出し，その位置の変動を衝撃波面の変形と定義し，その変動を統計的に解析することで，乱流との干渉による波面の変形の特性について調査した．特に衝撃波が乱流領域に入射して，乱流中をある程度伝播するまでの遷移的な状態について調査するために乱流と干渉した距離を意味する干渉距離との関係に注目した解析を行った．その結果として，衝撃波面の変形は乱流との干渉と同時に始まり，初期段階においては干渉距離が長くなるにつれて変形が成長するということがわかった．ところが，変形の成長は乱流の大きな渦スケールを意味する積分スケールの数倍程度伝播すると最大値をとり，積分スケールの10倍程度伝播すると定常になることがわかった．また干渉した距離ではなく，時間に対する変化を見ると，定常になるまでの時間などはマッハ数などの条件によって変化したが，干渉初期の変形の時間変化率が条件によらず，およそ一定となることがわかった．さらに変形と局所の強さの関係を調べるため，波面の変動の符号で条件付けした圧力の分布をみると，波面が平均よりも後方に位置している箇所では強くなり，逆に平均よりも前方に位置している場合は弱くなることがわかった．本研究の意義としては，乱流と干渉した衝撃波の遷移的な状態について定量的な評価ができており，干渉距離に対する波面の変形の変化について明らかにできたことである．既存の数値計算では衝撃波を固定して乱流を流入させていた関係で調査することが困難な部分であり、実験においては計測の困難さから定量的に評価することが難しい現象であった．

2020 annual に お い て は 2019 ま で に line directly the numerical calculation を っ て 収 set し た デ ー タ の parsing を い, paper へ ま と め contribute て し た. Youdaoplaceholder0, た れまで また research achievements をまとめて, degree obtained ために ために doctoral dissertation を completed た た. Line っ た parsing と し て は turbulence と dry involved し, - shaped し た blunt shock wave position の を 検 し, そ の の position - move を blunt shock wave の と definition し - form, そ の - moving を statistical analytical す に る こ と で, turbulence と の dry involved に よ る wave の - shaped の features に つ い て survey し た. Special に blunt shock wave が turbulence field に incident し て, turbulence in を あ る degree 伝 sowing す る ま で の migration な state に つ い て survey す る た め に turbulence と dry involved し を た distance means す る dry involved distance と の masato is に attention し た parsing line を っ た. そ の results と し て, blunt shock wave の - shaped は turbulence と の dry involved と beginning at the same time に ま り, early Duan Jie に お い て は dry involved long distance が く な る に つ れ て - shaped が growth す る と い う こ と が わ か っ た. と こ ろ が, grow - shaped の は turbulence の big き な vortex ス ケ ー ル を mean す る integral ス ケ ー ル several times の degree 伝 sowing す る と nt biggest を と り, integral ス ケ ー ル の ten times degree 伝 す る と constant に な る こ と が わ か っ た. ま た dry involved し た distance で は な く, time に す seaborne る variations change を see る と, constant に な る ま で の time な ど は マ ッ ハ number な ど の conditions に よ っ て variations change し た が, dry involved early の - shaped の time variations change rate が conditions に よ ら ず, お よ そ certain と な る こ と が わ か っ た. Strong さ ら に - shaped と bureau の さ の masato is を adjustable べ る た め, wave の で conditions - move の symbol pay け し た pressure distribution を の み る と, wave が average よ り も rear position に し て い る a で by strong は く な り, inverse に average よ り も に position ahead し て い る occasions は weak く な る こ と が わ か っ た. This research significance の と し て は, turbulence と dry involved し た blunt shock wave の migration な state に つ い て な of quantitative evaluation of 価 が で き て お り, dry involved distance に す seaborne る wave の - shaped の variations change に つ い て Ming ら か に で き た こ と で あ る. Existing の the numerical computing で は blunt shock wave を fixed し て turbulence を inflows さ せ て い た で masato department investigation す る こ と が な difficult part で あ り, be 験 に お い て は measuring の difficult さ か ら に of quantitative evaluation of 価 す る こ と が difficult し い phenomenon で あ っ た.

项目成果

Statistical analysis of deformation of a shock wave propagating in a local turbulent region

• DOI: 10.1063/5.0019784
• 发表时间: 2020-09
• 期刊: Physics of Fluids
• 影响因子: 4.6
• 作者: K. Tanaka;T. Watanabe;K. Nagata

Direct numerical simulations on effects of turbulent Mach number in interaction between planar shock wave and turbulence

平面激波与湍流相互作用中湍流马赫数影响的直接数值模拟

• 发表时间: 2019
• 作者: K. Tanaka;T. Watanabe;K. Nagata
• 通讯作者: K. Nagata

乱流中を伝播する衝撃波の変形に関する統計解析

湍流中传播的冲击波变形统计分析

• 发表时间: 2020
• 作者: K. Tanaka;T. Watanabe;K. Nagata;田中健人，渡邉智昭，長田孝二
• 通讯作者: 田中健人，渡邉智昭，長田孝二

乱流との干渉による衝撃波の変形に関する統計解析

湍流干扰引起的冲击波变形统计分析

• 发表时间: 2020
• 作者: K. Tanaka;T. Watanabe;K. Nagata;田中健人，渡邉智昭，長田孝二;田中健人
• 通讯作者: 田中健人