超音速内部流動における相変化を伴う二相流動現象の解明

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前年度までに，気液界面を追跡するVOF法を基礎として圧縮性ナビエ・ストークス方程式を二相流問題に拡張し，二相流圧縮性スキームを構築したが，数値拡散の影響で時間積分に伴い気液界面が鈍化してしまう点が課題であった．本年度はまず，昨年度構築した二相流圧縮性スキームに対し，数値拡散を抑制し気液界面幅を一定に保つ手法を導入することにより，同解析手法の強化を図った．具体的には，各相の体積率が階段状の分布をしているという仮定をもとに気液界面の再構築を行うρ-THINC法や，気液界面に対して疑似的な圧縮性を作用させることでシャープな気液界面を維持することのできる界面圧縮法を実装し，気液界面追跡の精度や計算の安定性に対して調査を行った．いずれの手法でも気液界面における数値拡散を抑制し，気液界面を一定の解像度に保持することが示されたが，ρ-THINC法では問題によらず比較的安定して解析を行うことが可能であった．一方，前年度までに開発した二相流圧縮性コードの三次元化にも取り組んだ．なお，蒸気タービンにおいて作動媒体は水蒸気を用いていることから，密度比が1000倍にも及ぶ二相流問題に適用した．基礎的な二相流問題であるDam-Break Problemをはじめ，Shockwave-Droplet Interactionのような超音速条件下における衝撃波を含む流れ場に対しても安定して計算が可能であることが確認された．