Model construction for compressible multiphase flow and elucidation of particle effects based on numerical and experimental studies on flow around a sphere

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去年度と同様に圧縮性Navier-Stokes方程式の直接数値解析と弾道飛行試験及び球-衝撃波干渉試験により球周りの圧縮性低Reynolds数流れの特性を調べた．直接数値解析による研究では球周りの一様剪断流の計算を行い，球に働く揚力や抵抗係数など基礎的なパラメタと流体物理の解明を行った．流れの速度勾配による揚力は本研究で対象としたRe=100-300の非圧縮性流れでは高速側から低速側へ働く負の揚力が発生し，Reynolds数の低下に伴い揚力係数の絶対値が小さくなることが知られているが，圧縮性流れでは非圧縮性流れと比較して大きな負の揚力が発生し，Reynolds数の低下に伴い絶対値が増加すること示した．また，圧縮性流れでの負の速度勾配による揚力は非圧縮性流れと全く異なるメカニズムで発生することを明らかにした．弾道飛行試験では去年度までの弾道飛行試験と数値計算の結果から再循環領域長さに変曲点があると思われたReynolds数1000程度の超音速流れの可視化を目指し，シュリーレン光学系の感度と撮影倍率の増強を行った．しかし，雰囲気の密度ムラの問題などから去年度よりも低Reynolds数の条件では流体現象の議論ができる可視化画像を取得できなかった．球-衝撃波干渉実験では去年度構築した実験系で単体球での可視化・抵抗係数計測を本格的に行った．また，複数球周り流れの可視化も行い，粒子クラスタにおける流体力学的相互作用を検討した．抵抗係数に関しては過去に行われた弾道飛行試験で得られた抵抗係数や抵抗モデルによる予測値よりも高い値を取ることを再度確認した．複数球周り流れの可視化ではクラスタ球と垂直衝撃波の干渉の様子を高速撮影し，流体力学的相互作用によりクラスタ球が崩壊する様子を捉えた．これにより，圧縮性低Reynolds数流れにおいて粒子同士が接近すると斥力が働く可能性を示唆した．