EFD/CFDハイブリッド解析によるターボ圧縮機におけるサージング現象の解明

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本研究ではターボ機械を対象とした、Adjoint法による未知量推定を実施することを想定している。主題であるサージング現象は、配管系全体がその現象の発生に寄与すると考えられるため、圧縮機要素のみを対象とする数値計算では、配管系要素を考慮した境界条件を定義することが重要であると考えられる。これに対し、本研究ではAdjoint法を適用することでサージング発生時の圧縮機要素周りの境界条件を求める。しかし、サージングの周期は圧縮機の解析における時間刻みに対し膨大な時間幅を取るため、Adjoint解析における解析の不安定要素となる長期の時間積分が行えない。このことから、長周期の時間積分を安定的に実行可能なAdjoint解析の実行方法について考察した。同内容はアメリカ航空宇宙局（以下、NASA）およびマサチューセッツ工科大学（以下、MIT）の研究者により考察されている。その主たる方法は、Adjoint方程式に対し人工粘性項を導入することである。NASAの研究者が提案する方法は、Adjoint方程式の解のL2ノルムの時間発展方程式から非粘性流束の随伴項が解の発散に最も寄与することを示し、その随伴項のヤコビアンを用いた人工粘性項を導入することである。また、MITの研究者はヤコビアンの固有値行列を算出し、これを用いた人工粘性項を導入している。当研究では、代数的に求めることが難しい固有値行列について、固有値行列の算出が非粘性流束のヤコビアンに基づいていることから、同ヤコビアンの固有値の最大値を用いた人工粘性項の導入、並びに同項の時間線形化を行った。構築した手法について、遷音速軸流圧縮機の数値解析における未知量推定問題に適用することにより、同手法の有効性を確認した。さらに、同手法を遷音速遠心圧縮機の未知量推定問題に適用することにより、サージング発生時の境界条件の推定を行うことができた。