衝撃波-境界層干渉場の乱流熱伝達モデルの研究

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本研究の目的は、衝撃波-境界層干渉場の乱流熱伝達モデルの構築に向けて実験及び数値計算の両面から研究を進めることである。まず、実験的研究においては新たに鈍頭物体に誘起された弓形衝撃波/乱流境界層干渉場の実験、突起物により誘起された衝撃波/乱流境界層干渉場の実験、超音速乱流境界層に垂直に吹き出した二次流に誘起された衝撃波/乱流境界層干渉場、超音速流中の鈍頭物体への空力加熱の実権を行い、その流れ場の構造を明らかにした。その結果、このような流れ場は、高い高周波成分までの変動を持ついわゆる本来の乱流場の特徴に加えて、1〜2キロHz程度の比較的低周波の非定常特性も備えており、これらの二つの特徴を記述する乱流モデルなしには、数値計算と実験結果との一致は期待できないことが明らかになってきた。また、このような流れ場をシミュレートするために、空力加熱現象の数値計算及び衝撃波を伴う流れの計算を行った。その結果、空力加熱現象を計算するに足る計算スキームを開発した。空力加熱量を正確に予測するための必要な格子分解能を明らかにした。さらに、超音速混合流れ場における三次元衝撃波/乱流境界層干渉場流れ場について数値計算を行った。乱流モデルは、第1段階としてよく用いられている代数モデルを採用した。この結果は、今後平衡型2方程式モデル、非平衡型2方程式モデルを用いて流れ場を解いた場合に比較する対象としても有用である。その計算による、代数モデルでもかなり干渉場の流れ場をシミュレートすることができ、圧力分布、空間ピト-圧力分布なども比較的よい一致をみることができる。しかしながら、正確な剥離域の予測、圧力ピークの値などにはまだ不十分であることが明らかとなった。