JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2016年4月～2017年3月)

報告書番号: R16J0049

• 責任者: 大西 直文(東北大学)
• 問い合わせ先: 大西 直文(ohnishi@rhd.mech.tohoku.ac.jp)
• メンバ: 立松裕章,大西直文
• 利用分類: 宇宙分野(宇宙機)

概要

過去に実験が行われた円錐形状物体周りの極超音速流について数値シミュレーションを行い,得られた流れ場に動的モード分解を施すことで,衝撃層内の不安定モードを抽出した.その結果,実験で得られていた二次モードと呼ばれる不安定モードと類似した構造を持つ特徴的なモードを抽出することができた.さらに,上流に見られるモードと下流に見られるモードでは,周波数が異なり,実験で乱流遷移が見られる点付近までにモード変換が生じていることを示唆する結果が得られた.

目的

極超音速飛行に伴う熱負荷の高精度推算のためには,境界層の乱流遷移予測が必要となる.本研究では,数値流体力学の結果に基づき,極超音速境界層の不安定モードを解析し,その成長と乱流遷移に至るメカニズムを解明することを目的とする.

目標

円錐形状物体周りの極超音速流の数値計算結果から動的モード分解法によって不安定モードを抽出し,実験データと比較しながら抽出された不安定モードの特徴と発展の様子について考察を行う.

参照URL

なし

スパコンの用途

高解像度,長時間の数値流体力学シミュレーションを行った.

スパコンの必要性

数値的な擾乱を抑えながら不安定モードの成長を抽出するには高解像度の数値シミュレーションが必要である.また,低周波の現象を捉えるためには,物理時間の長い計算も求められる.

今年度の成果

過去に実験が行われた円錐形状物体周りの極超音速流について数値シミュレーションを行い,壁面圧力変動を調べたところ,特徴的な周波数で振動していることを確認することができた(Fig. 1).そして,得られた流れ場に動的モード分解を施すことで,衝撃層内の不安定モードを抽出し,実験で得られていた二次モードと呼ばれる不安定モードと類似した構造を持つ特徴的なモードを抽出することができた(Fig. 2).

Fig.1:円錐形上物体の壁面における圧力変動

Fig.2:動的モード分解で得られた不安定圧力モード

成果の公表

査読なし論文

1) Hiroki Tatematsu, Yousuke Ogino, Naofumi Ohnishi, and Hideyuki Tanno, 'Analysis of Unstable Mode Structures in Hypersonic Boundary Layer,' AIAA Paper 2017-1695, (2017).

2) 立松裕章,大西直文,荻野要介,'極超音速流における不安定モード成長の数値解析',日本機械学会2016年度年次大会講演論文集,S1910103.

3) 立松裕章,荻野要介,大西直文,丹野英幸,'極超音速流の境界層における不安定モードの成長に関する数値解析',平成28年度衝撃波シンポジウム講演論文集,2A2-1.

口頭発表

1) Hiroki Tatematsu, Yousuke Ogino, Naofumi Ohnishi, and Hideyuki Tanno, 'Analysis of Unstable Mode Structures in Hypersonic Boundary Layer,' 55th AIAA Aerospace Sciences Meeting, AIAA SciTech Forum, Grapevine, Texas, January 9—13, 2017.

2) 立松裕章,大西直文,荻野要介,'極超音速流における不安定モード成長の数値解析',日本機械学会2016年度年次大会,2016年9月11—14日,九州大学伊都キャンパス.

3) 立松裕章,荻野要介,大西直文,丹野英幸,'極超音速流の境界層における不安定モードの成長に関する数値解析',平成28年度衝撃波シンポジウム,2017年3月8—10日,ヴェルクよこすか.

計算情報

• 並列化手法: プロセス並列
• プロセス並列手法: MPI
• スレッド並列手法: 非該当
• プロセス並列数: 512
• プロセスあたりのスレッド数: 1
• 使用ノード数: 16
• 1ケースあたりの経過時間(時間): 96
• 実行ケース数: 4

利用量

総仮想利用経費(円): 1,924,169

内訳

注記: 仮想利用経費=2016年度設備貸付費用の単価を用いて算出した場合の経費

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2016年4月～2017年3月)