非線形流れ問題の数値シミュレーション

点击翻译按钮获取中文摘要

非線形性の強い複雑な流れは、解析的に解く事は出来ず、数値シミュレーションに依らざるを得ない。以下に示す個々の数値解析法を開発した。個々の研究実績を示す。1)混相流れ:気泡流れ及び気泡流内の波動現象を正確にかつ効率よく数値計算することを目的としている。今年度は、圧縮流、非圧縮流ともに計算できるアルゴリズムを開発し、二相流計算に応用し、圧力波の回折、収束状態の計算などを行った。2)剪断乱流:非円形乱流噴流の構造を解明することを目的として、短辺を半円でおきかえた長方形渦輪の変形と分裂を、長径と短径の比を系統的に変化させて数値的に解析した。この結果、長方形渦輪には4種類の周期的変形と分裂のモードがあることを明かにした。3)希薄流:高能率の二体衝突スキームを開発し、3次元希薄流のシミュレーションを可能にした。また、このスキームを用いて3次元物体の極超音速空力特性を解明した。非弾性衝突の事象生起確率をモデル化し、回転励起・振動励起、解離・再結合反応を含む実在気体の高温希薄流のシミュレーション法を定式化した。4)非線形水面波動:二層流界面に発生する内部孤立波の安定性を調べるため、弱非線形方程式を導出し、スペクトル法で解析して適応可能な水深比などを明らかにした。さらに、ラグランジュ座標系に基づく数値流体解析のための汎用的な圧力解法の実用化を図った。緩和補正を導入して渦度の発生を抑制して計算の安定性を大幅に向上させた。5)数値解析法:数学モデルがほぼ確立されている層流定常流について、求積速度及び空間分解能の向上を計る手法を確立した。フーリエスペクトル法を様々な流れに適用し、空間分解能、求積速度は通常の差分法に比ベて十分大であることを確認した。