非線形流れ問題の数値シミュレーション

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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、計算モデルを改良するとともに、二相流計算に適した計算効率の高いアルゴリズムの開発を行った。さらに、分散粒子からなる同液二相流の計算も行い計算モデルの検討を行った。2)剪断乱流:粘性の影響を適当に取り入れた三次元離散過法を用いて、基本的な三次元渦(渦系および渦輪)の相互作用による変形を、渦核の変形を含めて数値的に解析した。これによって、二つの渦がつなぎ変わるときに発生するBridging現象を表現できることが明らかになった。離散渦法は乱流を渦の相互作用によって解明するための有効な手段となりうる。3)希薄流:ベクトル化に適した高能率の二体衝突スキームを開発し、これにより、極超音速の3次元流れの解析、クライオパネル上への分子の凝縮、円筒状るつぼから真空中への原子蒸発のシミュレーションに成功した。また、二原子分子気体のシミュレーション法をモデル方程式から導いた。4)非線形水面波動:自由水面を簡単に取り扱える渦素子法を、水平床での砕波計算に適用した。非線形性によりエネルギーが波の峰部分に集中して波高増幅を起こし砕波に至る。これにより、巻き砕波本体の前綿部には重力加速度の数倍の加速度が生じていることなどが分かった。さらに、重複性の砕波を対象としてラグランジュ表記に基づく数値流体解析を行い、汎用的な圧力解法の実用化を図った。また、緩和補正を導入して渦度の発生を抑制することにより、計算の安定性を大幅に向上させ得ることがわかった。