極超音速空気力学における物理化学現象の理論的予測法の研究

極超音速衝撃層流れの構造に大きな影響を与える空気分子の分子振動と解離・再結合反応との連成現象について,極超音速流の数万度の高温条件に適合した解析法を構築し,妥当性検証を行った.極超音速条件においては温度,密度,等の極めて巨視的な実験データが存在するだけなので,実験データに基づいた経験的解析は現象の詳細特性の理解のためには妥当ではない.そこで,分子ポテンシャル・分光データ等の分子レベルの原初的データのみを用い,経験的調節を一切排除した理論的解析を行った.すなわち,三次元的な分子衝突をシミュレートする事によりstate-to-stateの振動遷移・解離・再結合速度定数をすべて推算し,マスタ方程式によって振動緩和・解離・再結合を同時に解いた.分子衝突解析法としては経験的調節を排除する事を優先して準古典的方法を採った.解析結果を衝撃波管実験による解離速度定数や振動緩和時間と比較したところ,振動緩和速度が過大に見積もられたものの,緩和後の定常状態の予測は妥当であることが判明した.振動緩和速度の過大評価の原因は分子衝突の古典的扱いにあると考えられるので,今後は量子論的な手法を取り入れて行く予定である.また,極超音速流においては分子振動だけではなく分子回転の非平衡も重要であることが極最近知られるようになってきており,本研究で構築された解析法を分子回転緩和に適用して行く予定である.成果発表としては,以下の2件の口頭発表を行った.1.「ノズル膨張流における分子振動・解離・再結合の連成-遷移速度定数推算の必要性といくつかの推算法の得失について-」,第28回流体力学講演会,富山,10月(日本航空宇宙学会及び日本流体力学会主催)2."An Analysis of Quasiclassical Molecular Collision and Rate Processor for Couples Vibration-Dissociation and Recombination," AIAA paper 97-0132, 35th AIAA Aerospace Science Meeting, Reno, NV, Jan. 6-9, 1997(アメリカ航空宇宙学会主催)後者は,航空宇宙工学界では世界的に最も権威のある学会であり,その場に於いて本研究は他に類例の少ない貴重なものとして高く評価された模様である.これを若干改訂した内容の論文をアメリカ航空宇宙学会論文誌Journal of Thermophyiscs and Heat Transferに投稿する予定である.

極超音速衝撃層流れの構造に大きな影響を与える空気分子の分子振動と解離・再結合反応との連成現象について,極超音速流の数万度の高温条件に適合した解析法を構築し,妥当性検証を行った.極超音速条件においては温度,密度,等の極めて巨視的な実験データが存在するだけなので,実験データに基づいた経験的解析は現象の詳細特性の理解のためには妥当ではない.そこで,分子ポテンシャル・分光データ等の分子レベルの原初的データのみを用い,経験的調節を一切排除した理論的解析を行った.すなわち,三次元的な分子衝突をシミュレートする事によりstate-to-stateの振動遷移・解離・再結合速度定数をすべて推算し,マスタ方程式によって振動緩和・解離・再結合を同時に解いた.分子衝突解析法としては経験的調節を排除する事を優先して準古典的方法を採った.解析結果を衝撃波管実験による解離速度定数や振動緩和時間と比較したところ,振動緩和速度が過大に見積もられたものの,緩和後の定常状態の予測は妥当であることが判明した.振動緩和速度の過大評価の原因は分子衝突の古典的扱いにあると考えられるので,今後は量子論的な手法を取り入れて行く予定である.また,極超音速流においては分子振動だけではなく分子回転の非平衡も重要であることが極最近知られるようになってきており,本研究で構築された解析法を分子回転緩和に適用して行く予定である.成果発表としては,以下の2件の口頭発表を行った.1.「ノズル膨張流における分子振動・解離・再結合の連成-遷移速度定数推算の必要性といくつかの推算法の得失について-」,第28回流体力学講演会,富山,10月(日本航空宇宙学会及び日本流体力学会主催)2."An Analysis of Quasiclassical Molecular Collision and Rate Processor for Couples Vibration-Dissociation and Recombination," AIAA paper 97-0132, 35th AIAA Aerospace Science Meeting, Reno, NV, Jan. 6-9, 1997(アメリカ航空宇宙学会主催)後者は,航空宇宙工学界では世界的に最も権威のある学会であり,その場に於いて本研究は他に類例の少ない貴重なものとして高く評価された模様である.これを若干改訂した内容の論文をアメリカ航空宇宙学会論文誌Journal of Thermophyiscs and Heat Transferに投稿する予定である.