We explore the nature of how CFD algorithms, methods and mathematical models are created. Sometimes a general scientific principle finds its way into CFD and evolves over time to fulfill a variety of needs. At other times, a CFD researcher faces a specific problem or issue and this leads to an invention or development that helps overcome the problem. We provide many examples of both types of patterns which have motivated, in our own work, the creation of some practical and successful CFD approaches.

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固体高分子形燃料電池の開発において, 多孔質層を含んだガス拡散層における燃料ガスおよび液体水の輸送現象の解明は極めて重要な基礎技術である. 本研究では3次元多孔質流動場の詳細な流れ解析を行い, ガス拡散層の物理特性や非一様な変形に対する燃料電池内のガス流動の依存性をあきらかにする. また, 電気化学反応による副生成物である液体水の輸送特性に関して1次元モデル方程式による解析を行い, ガス拡散層の物性や燃料電池内の温度勾配が液体水の排水に与える影響を評価する.

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ガスタービンならびに蒸気タービンの多段静動翼列を通る非定常流れを数値計算するために開発した「数値タービン」の概略について紹介する. 数値タービンは, 乾燥空気のみならず, 凝縮を伴う湿り空気ならびに湿り蒸気流れを数値計算することができる.さらに, スーパーコンピュータならびにPCクラスタ上で並列計算するために新たな計算アルゴリズムが組み込まれている. ここでは, 特に産学連携研究に基づき行われた研究成果について紹介して, 数値タービンの有用性について示す.

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本報では, 流体機械におけるサンドエロージョン現象の数値予測の現状を概説する. 固体粒子を含む流体の衝突により生じる現象であるサンドエロージョンは, ほかのエロージョンに比べ, 損傷速度が大きく深刻な問題になりうる. サンドエロージョン現象は固気二相流と壁面固体材料との干渉によるマルチフィジックス連成問題であり, 数値計算の上で厄介な問題を含んでいる. これまでに提案されているいくつかのモデルとその適用事例ならびに著者らの最近の研究事例を紹介する.

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2台の旋回式マイクロバブル発生装置を同軸で向かい合わせ, 互いに逆向き回転で旋回流を噴出させたとき, その干渉がマイクロバブルの発生にどのように影響するかを調べている. バブル発生装置には小形の液体サイクロンを用い, 発生装置の出口間距離を変えながら発生するバブルの可視化写真を撮影し, その写真を画像解析することによってバブル径分布を得ている. その結果, 噴出する旋回流の干渉はバブル発生に大きく影響し, 発生バブル数は, 発生装置単独の場合と比べ, 出口間距離が出口直径とほぼ同じところで, 約2倍程度の増加となることが見出された.

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移流拡散問題の数値計算において, semi-Lagrange法を特性有限要素法に組み込んだ新しい手法をsemi-Lagrange Galerkin (SLG) 法として提案する.本手法では, 移流計算と非移流計算を分離する. Hermite型要素を用いてsemi-Lagrange法によって移流計算を行い, 同じ要素を用いてGalerkin法によって非移流計算を行う. 2次元の場合, 各頂点での関数値と1階導関数値および要素重心での関数値を自由度とする10自由度のHermite型三角形3次要素を用いる. 2次元移流拡散方程式における二つの数値実験を行い, 計算精度を評価することによって, 本手法の有効性を示している.

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宇宙輸送系の構築にとって極超音速乱の理解は最も重要なキーテクノロジーの一つである. 宇宙輸送系が飛行中に遭遇する極超音速乱の本質を把握することは, 宇宙輸送系実現の成否を左右するといえよう. 序章では「極超音速乱とは何か?」を述べ, 第2章では「極超音速乱はどのようにしてつくられるのか」ということについて述べたので, 本章ではその乱れの中での計測法について述べることとしたい.

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