平成15年度地球シミュレータ共同プロジェクト利用報告会

利用責任者名 ： 宮島 博 （宇宙航空研究開発機構）

共同プロジェクトテーマ ： ロケットエンジン内部流れのシミュレーション

発表資料 ( 756KB)

発表要旨

１．プロジェクトの目的

• 国産ロケット（ H ―ⅡA ）の信頼性向上及び将来型宇宙輸送システムの開発に資する
• 主要エンジン要素（燃焼器系・供給器系）で発生している諸問題（ノズル横力・ターボポンプ内過大圧力振動・燃焼振動）を再現できる CFD コードを開発し、概念設計・システム評価不具合対策等に使用し、試作・試験のサイクルを短くする
• 特に本年度は、ターボポンプ流れの非定常計算および高レイノルズ数平行平板間乱流の直接数値計算 (DNS) を実施し、実機開発で使える精度・信憑性をもつ CFD コードを開発し実行する

２．今年度当初の計画

ロケットエンジン内部流れの大規模非定常シミュレーションの実現に向けて、ターボポンプ非定常流れ解析コードの開発、および壁乱流の粗視化モデルの構築を目的とした高レイノルズ数平行平板間乱流の直接数値計算 (DNS) を行う．具体的には、まずインデューサ、インペラ、タービンの各ポンプ要素について解析を実施し、解析コードの妥当性を検証する．さらに、これまで多くの研究が行われてきた壁面近傍の乱流準秩序構造と高レイノルズ数特有の壁遠方における大規模構造との関係を調査すると共に，乱流構造のダイナミクスの解明，乱流運動量・エネルギー輸送機構モデルの構築を行う．

３．今年度得られた成果、および達成度

＜成果＞

インデューサおよび単段インペラは水流し試験を的確に再現することが確認された．インデューサの入口旋回逆流の発生メカニズムに関する知見を得た．単段インペラにおける圧力脈動を精度よく再現し、知見を得た．世界最大のレイノルズ数 (Re_t = 1160) 平行平板間乱流 DNS を行った．高レイノルズ数チャネル乱流では，内層に縦渦構造・ストリーク構造の再生成メカニズムが存在すると共に，内外層の間に新たな乱流大規模構造生成メカニズムが存在することが明らかとなった．

＜達成度＞

当初の計画通り，ターボポンプ内部流れの非定常解析および高レイノルズ数平行平板間乱流 DNS を行った．各ポンプ要素の非定常特性に関する知見は着実に蓄積されており、当年の目標をほぼ達成することができた．高レイノルズ数特有の乱流構造のダイナミクス解明も順調に進み，内部流れの理解を深めることができる壁乱流の粗視化モデル構築のための指針が得られた．