振動噴射と超音速混合の非定常特性に関する研究

定常超音速混合場として、両側に側壁を持つ超音速流中へ水素を主流に平行に音速噴射している場合を考える。この超音速混合場に対して、人為的に非定常衝撃波を発生させ、その衝撃波が超音速混合に対してどのように影響するのかを調査し、人為的な非定常衝撃波により超音速混合を制御する可能性について2次元数値シミュレーションにより研究を行った。支配方程式は、Reynolds平均された2次元Navier-Stokes方程式と空気・水素の質量保存式である。乱流モデルは、圧縮性SGSモデルを使用した。数値計算法は衝撃波捕獲法の1つであるHarten-Yeeの上流型TVDスキームを採用し、粘性項は中心差分により評価した。また時間積分は2次精度のRunge-Kutta法を採用した。計算は定常状態から出発して、非定常衝撃波を発生させ再び定常状態に戻るまで行った。非定常衝撃波は側壁から垂直噴射をsin関数的に行うことにより発生させた。混合状態は、出口を通過する酸素と混合した(当量比が1以下となっている)水素の流量で評価した。それと共に「全圧流量=全圧×流量」を定義して、出口における全圧流量を損失状態の評価量とした。時間平均量としては、定常状態と非定常の比を評価量とした。その結果、非定常衝撃波によって混合した水素流量が増加すること、そして混合の増加に伴って全圧流量は減少することが判明した。これは、非定常衝撃波によって時間平均の混合状態が変化することを示しており、このことから非定常衝撃波によって超音速混合を制御することが可能であることが示された。

定常超音速混合場として、両側に側壁を持つ超音速流中へ水素を主流に平行に音速噴射している場合を考える。この超音速混合場に対して、人為的に非定常衝撃波を発生させ、その衝撃波が超音速混合に対してどのように影響するのかを調査し、人為的な非定常衝撃波により超音速混合を制御する可能性について2次元数値シミュレーションにより研究を行った。支配方程式は、Reynolds平均された2次元Navier-Stokes方程式と空気・水素の質量保存式である。乱流モデルは、圧縮性SGSモデルを使用した。数値計算法は衝撃波捕獲法の1つであるHarten-Yeeの上流型TVDスキームを採用し、粘性項は中心差分により評価した。また時間積分は2次精度のRunge-Kutta法を採用した。計算は定常状態から出発して、非定常衝撃波を発生させ再び定常状態に戻るまで行った。非定常衝撃波は側壁から垂直噴射をsin関数的に行うことにより発生させた。混合状態は、出口を通過する酸素と混合した(当量比が1以下となっている)水素の流量で評価した。それと共に「全圧流量=全圧×流量」を定義して、出口における全圧流量を損失状態の評価量とした。時間平均量としては、定常状態と非定常の比を評価量とした。その結果、非定常衝撃波によって混合した水素流量が増加すること、そして混合の増加に伴って全圧流量は減少することが判明した。これは、非定常衝撃波によって時間平均の混合状態が変化することを示しており、このことから非定常衝撃波によって超音速混合を制御することが可能であることが示された。