ターボ機械内動静翼列干渉の数値解析に適した乱流モデルの開発に関する研究

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本研究では、動静翼列干渉解析に適した乱流モデルの開発の一環として、特に後流干渉に関する数値計算および基礎的実験を行った。以下にこれらの研究で得られた知見をまとめる。数値計算に関する部分乱流モデルのプラットホームとなる非定常流解析コードの高精度化を行った。今回は主に空間に対する解析制度の向上の目的で計算格子数を増加させたHybrid法、更に対流項の空間精度の向上のためのQUICK法を採用した(なお、QUICK法には、一次元QUICK法及び二次元QUICK法である)。非定常後流干渉解析には、動翼-静翼間を想定した移動円柱-矩形流路モデルを用いて行った。この解析の結果、次の様な結果が得られた。○Hybrid法で計算格子数を増加させた場合格子数の増加により空間分解能は向上するが、今回用いたプログラムそのままで計算格子数の総数にはある程度の限度が認められた。○対流項差分スキームをQUICK法とHybrid法で行った場合等方格子を用いて行われたHybrid法、一次元QUICK法及び二次元QUICK法の三者の比較の中で、先ず円柱を固定した状態での解析によってHybrid法と一次元QUICK法とでは比較的似た様な後流の分布を示したが、二次元QUICK法を用いたものは先の二者に比べてより鮮明に後流の形状分布が予測された。また、非定常解析においては、Hybrid法や一次元QUICK法では鮮明には捕らえる事が出来なかった斜めから入射する後流を、二次元QUICK法では捕獲出来た。実験的研究に関する部分後流を発生する移動円柱下流に設置された平板上の境界層の計測を行い、乱流モデル開発に必要なデータの蓄積を図った。またここでは、圧力勾配の効果に着目し、順圧力勾配の存在が周期的後流による強制遷移点に与える影響を検討した。その結果、強制遷移点が圧力勾配の増加と共に下流側に移動することが確認された。その位置は、運動量厚さに基づくレイノルズ数Re_<theta>で150-200の範囲になっており、先に示した遷移モデルでの仮定の妥当性を裏付けている。