Numerical study of wave rotor inner flow dynamics

航空宇宙技術研究所 16-18 Jun. 1999 東京 日本
National Aerospace Laboratory 16-18 Jun. 1999 Tokyo Japan
ウェーブロータ(wave rotor)は、航空推進システムの性能を飛躍的に向上させる可能性を持つと期待されている。しかしながら、その作動原理が従来のものと異なるため、設計点外での作動にいくつかの問題点を持つ。さらに、衝撃波と膨張波が反射し、接触不連続を伴って干渉するため、セル内のガスの動的な状態は、設計点においても非常に複雑なものになっている。それゆえ、ウェーブロータの内部流動を調べることは大変重要である。本研究の目的は、2次元ナビエ・ストークス方程式に基づいたCFD(計算流体力学)解析により「漏れ」(ロータと壁の間のクリアランス)の影響を明らかにすることである。本研究で用いた数値解析法は、van Leerの微分可能制限関数 を用い、陰的にChakravathy-Osherの3次精度風上TVD(全変動減少)スキームと結合したFDM(有限差分法)離散化に基づいている。非定常2次元粘性流の解析のために、LU-ADI(Upper and Lower-Alternating Direction Implicit)法を時間積分に用いている。解析結果は、「漏れ」が、「2次衝撃波」の伝播速度と強度に影響し、さらに対象となるセルと両隣のセルとの間の干渉の強度に影響していることを示した。
Wave rotors are expected to have a potential of improving drastically the performance of an aeropropulsion system. However, there are some problems in the operation at off-design conditions, because of its working principle that is not conventional. And the gas dynamic states inside the cells are very complicated even at the design point, because shock and rarefaction waves are reflected and interact with the contact discontinuities. Therefore, it is very important to investigate the inner flow of the wave rotor. The objective of this study is to clarify the effects of 'leakage' (the clearance between the rotor and the wall) by CFD (Computational Fluid Dynamics) that is based upon two-dimensional Navier-Stokes equations. The numerical approach used in this study is based upon FDM (Finite Difference Method) discretization incorporating an implicit Chakravathy-Osher's 3rd order upwind TVD(Total Variation Diminishing) scheme with the van Leer's differentiable limiter. LU-ADI (Lower and Upper-Alternating Direction Implicit) method is also adopted for the time integration to analyze the unsteady two-dimensional viscous flows. The results show that the effect of 'leakage' has influence on the propagating speed and intensity of 'secondary shock', and on the magnitude of the interaction between the objective cell and the neighboring cells.
資料番号: AA0001961051
レポート番号: NAL SP-44