並列タイトル等Mixing enhancement by baroclinic torque
タイトル（掲載誌）航空宇宙技術研究所特別資料 = Special Publication of National Aerospace Laboratory
一般注記航空宇宙技術研究所 7-9 Jun. 2000 東京 日本
National Aerospace Laboratory 7-9 Jun. 2000 Tokyo Japan
軸対称亜音速乱流せん断流を通過する垂直衝撃が、混合促進に与える流体力学的影響を数値解析で示した。ここでせん断流を混合促進のため、主流と3種の高速流(空気、炭酸ガスおよびヘリウム)によって形成した。この計算は、超音速燃焼ラムジェットエンジンの燃焼器の基礎モデルである。計算は、ナビエ-ストークス保存則と化学物質拡散方程式を使用して、乱流モデルには2方程式q-ωモデルを導入し、解法は有限風上差分TVD(全変動減少)によって衝撃を伴う混合流問題を解析した。ヘリウム噴流の場合のみ、衝撃通過後の混合促進を達成した。これは流れの中心軸から発生する特徴的な渦流構造を伴っていた。これを、2種の流れ特性によって説明できた。すなわち、衝撃面背後の高モーメンタム空気流によって惹起される拡散力、および混合層の密度勾配と衝撃面の圧力勾配の空間的不整合から生ずる傾圧トルクによってであった。前者は混合層を進行方向に圧縮して半径方向に拡散し、後者は混合層の拡散流を渦化した。他方、空気および炭酸ガス噴流の場合には、より強い衝撃波の通過があっても、上述のような渦構造を形成することはなかった。
A fluid dynamical effect of a normal shock wave passing through axisymmetric subsonic turbulent shear flows, which are constructed between the air stream main flow and three kinds of high speed jets (air, carbon dioxide and helium) for mixing enhancement, is numerically analyzed as a basic flow model of the Supersonic Combustion Ramjet (SCRAM) engine combustor. A combination of Navier-Stokes system's conservation equations and chemical species diffusion equations with a two-equation (q-omega) type turbulent model is solved for mixing flow problems with shocks by a finite differential upwind TVD (Total Variation Diminishing) formulation technique. Only in the helium injection flow configuration, the mixing enhancement after the shock passing is achieved with a characteristic vortical flow structure arising from the center axis. This is explained by the two kinds of flow properties, a pushing away force caused by a high momentum air stream behind the shock plane, and the baroclinic torque generated from spatial misalignment between the density gradient of a mixing layer and the pressure one of the shock plane. The former spreads mixing layers in the radial direction with flow directional compression and the latter rolls up the spreading portion of mixing layers. On the other hand, the air and carbon dioxide jets never create similar vortical flow structures even with the stronger shock wave passing.
資料番号: AA0028635056
レポート番号: NAL SP-46
連携機関・データベース国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）
提供元機関・データベース宇宙航空研究開発機構 : 宇宙航空研究開発機構リポジトリ