異種気体界面と収縮衝撃波の干渉による界面の不安定性に関する研究

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本研究では、収縮衝撃波による超高圧力の発生とその利用技術の発展に関して重要となる収縮衝撃波と異種気体界面との干渉問題について数値シミュレーションによる解明を試みた。計算は衝撃波を伴う圧縮性流れのシミュレーションに良く使用され不連続面の捕獲性能に優れた二次精度風上型TVD差分法(Harten-Yee type)を用い、Euler方程式を解いた。スキームの確認として平面衝撃波と正弦曲線形状の界面との干渉問題を解き、Meshkovの実験結果と比較した結果、定性的に良好な結果を得た。問題解明の第一歩として界面形状の変化や干渉後の衝撃波の伝播挙動等を明らかにするため単純な正方形状の界面を選択し、初期衝撃波マッハ数1.5の円筒収縮衝撃波を界面に入射させた。fast/slow現象ならびにslow/fast現象を模擬するため、異種気体界面にはAir/SF6界面とAir/He界面を用いた。その結果界面形状の変化は、透過衝撃波背後の流れよりも、衝撃波が界面に入射した直後に発生する界面での反射波(圧縮波または膨脹波)が界面の上流側の粒子速度に著しい影響を与えてその粒子速度によって生じることが明かとなった。さらに周方向への透過衝撃波の反射がfast/slow現象ならびにslow/fast現象の特徴的な海面形状を決定する重要な要因となることがわかった。したがって、初期異種気体界面形状の波数が増加すれば短時間のうちに周方向から圧縮波または膨脹波が伝播してくることになり不安定性の成長に著しく影響することになると考えられる。また、本計算では円筒座標系とカルテシアン座標系を用いて計算を行い、界面形状の格子の種類による影響を調べた。本計算に使用した計算機(神戸商船大学計算センター)の能力不足のため充分な格子を配することが出来なかったが、界面形状は1格子の乱れでも最終的に著しい振幅の増大がみられ、初期界面形状に対する格子形状の選択が重要であることがわかった。