自由表面流のシミュレーション
カテゴリー
- 環境・エネルギー
- 機械
- 航空・宇宙
- 土木・建築
SDGs
研究内容
この研究室では、ロケットエンジンやジェットエンジン内部における熱流動現象の研究に関連し、様々な加速度環境における液面の動きを予測する自由表面流シミュレーションプログラムを開発している。このプログラムは、液体ロケットに搭載されるタンク内部の燃料液体挙動を予測するために新たに開発されたもので、重力と表面張力を考慮したアルゴリズム:CIP-LSMに基づいている。本手法は、スロッシングや砕波現象など、動的加速度環境における液面挙動の予測（図1）に有効なだけでなく、微小重力環境など、表面張力と濡れ性が卓越する自由表面流の予測 （図2）にも有効であり、数値解と実験結果の比較により妥当性を確認している。
図１ 容器内液体を横方向加振し大振幅スロッシングと砕波現象を観察した実験結果と、それに対応する数値解析結果。
© 姫野武洋
図２ 落下塔を用いて微小重力環境を実現し、円筒容器内の長方形平板の濡れ性に駆動される液面形状の変化を観察した実験結果と、それに対応する数値解析結果。
© 姫野武洋
想定される応用
本手法の応用先としては、航空宇宙分野だけでなく、海洋・河川における波浪現象、陸上輸送用の液体貯蔵容器内部におけるスロッシング、エンジン燃料噴射器における微粒化現象、さらには、微細管におけるマイクロ流動現象などが考えられる。
連携への希望
本研究に関心をお持ちの企業や団体に対し、シミュレーションプログラムのカスタム化を含めたコンサルティングや共同研究の用意がある。
公開日 / 更新日
- 2021年12月23日
識別番号
- No. 00214-02