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陽陰ハイブリッド解法による非定常・非平衝流中の衝撃波干渉問題の解明

采用正负混合求解法求解非定常非平衡流中的激波干扰问题

基本信息

批准号：
00J04226
负责人：
金子宗嗣
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J04226/
关键词：
数値計算法極超音速流非定常流非平衡流

项目摘要

陽陰ハイブリッド解法を非定常・非平衡流の典型的な流れである,高エンタルピー衝撃風洞内の流れの解析に適用した.前年度行った,名古屋大学の衝撃風洞を模擬した解析で,高エンタルピー流れを仮定した場合の解析結果を論文としてまとめた.また,実際に運用されている高エンタルピー衝撃風洞の流れ場を解析した.計算モデルとして,カリフォルニア工科大学のT5を用いた.この解析からも,昨年度判明したノズル溶融の原因として考えられる,流れの剥離が生じた.つまり,高温気体の流入によるノズル溶融は,流れの剥離による熱伝導および壁への熱伝達の阻害によるものと結論付けられた.これは,本研究により初めて明らかにされた.つぎに,本解法の非定常・粘性流解析への有効性をより定量的に示すために,衝撃波管内の粘性干渉を伴った衝撃波伝播問題を解き,従来用いられてきた計算法との比較を行った.一般に,粘性流を解析する場合には,粘性層(例えば境界層)付近に極めて小さい計算セルを分布させる必要がある.このような場合には,どのような時間刻み幅を設定しても,本解法が従来法と比較して,CPU時間を削減できることを示した.また,その場合にも計算精度は陽解法と同等である.陽解法の場合にはCFL条件の制約上,時間刻み幅を大きく出来ない.陽解法の場合は,粘性層中の計算セルが小さくなればなるほど,時間刻み幅が小さくなるので,非定常計算を解く場合には膨大な計算時間が必要になることから,精度を同等に保ちつつ,計算効率を上げることの出来る本解法の有効性は非常に高い.このテストケースの場合には,本解法の計算時間は,陽解法の約3.3%である.また,陰解法では,非定常問題の場合,打ち切り誤差が大きくなり,計算効率は高くても,計算精度が低く,実用上は問題がある.さらに,本解法と解適合法を組み合わせ,より複雑な流れ場解析に適用した.非定常・粘性問題の場合は,解適合処理を効率的に行う必要があるが,ここで減衰関数を用いた計算セルサイズ制御法を提案した.さらに計算のロバスト性を上げるために,これらの方法と幾何学的セル適合法も提案し,計算効率と精度維持を両立させた.この手法を衝撃波の非定常反射問題に適用し,粘性干渉における未解決問題の一つである,分枝衝撃波の構造を解明することに成功した.

The solution of unsteady and nonequilibrium flow is applicable to the analysis of flow in high impact wind tunnel. The previous year, Nagoya University's impact wind tunnel analysis, high temperature flow analysis results In practice, the flow field analysis of shock wind tunnel is carried out. Compute T5 of Engineering University. The analysis revealed that the cause of the melt was not clear. The heat transfer and heat transfer resistance of the wall are discussed. This study was conducted in the early stages of the study. In this paper, the unsteady viscous flow analysis of this method is presented quantitatively. The viscous flow in shock wave tubes is analyzed quantitatively. In general, viscous flow analysis is necessary for viscous layers (e.g. boundary layers) to be close to each other. In this case, the CPU time is reduced. The accuracy of calculation is equal to that of positive solution. In the case of positive solution, the CFL condition is restricted, and the time interval is large. In the case of positive solution, the calculation in viscous layer is small, the time amplitude is small, the unsteady calculation is large, the calculation time is necessary, the accuracy is equal, the calculation efficiency is high. In this case, the calculation time of this solution is about 3.3%. In case of unsteady problems, the error of cutting is large, the calculation efficiency is high, the calculation accuracy is low, and the problem is used. This solution is applicable to the analysis of complex flow fields. In the case of unsteady viscosity problem, the solution is suitable for the calculation of the attenuation coefficient. In addition, the calculation method and geometry method are proposed to maintain the accuracy of the calculation. The application of this technique to the unsteady reflection problem of shock waves, the unsolved problem of viscous interference, and the solution of the structure of branched shock waves are successful.