3次元爆轟現象の数値解析

摘要

近年の著しい計算手法の発展と計算機の高速化·大容量化により，航空機や宇宙輸送機についての熱的·空力的な現象の解明と同様に，デトネーションに関しても様々な現象が数値解析によって解明されつつある．デトネーションについて最初に行われた数値解析としては，1978年に滝と藤原による酸水素デトネーションの2次元のシミュレーションが挙げられる．また，Oran，Kailasanath，Gamezoらはデトネーションの詳細な流れ場構造や，デトネーション背後の未燃ガスの取り込みなどを2次元的に明らかにしてきた．一方，3次元解析に関しては，1996年にWilliams，Bauwens，Oranが，正方形管の中を伝播するChapman-Jouguet (CJ)デトネーションのシミュレーションを実施している．また，円管内部を伝播するデトネーションについては，1993年に鷲頭·藤原が行っている，同軸円管内部を伝播するスピンデトネーションが最初であろう．このように，デトネーションの解析は通常の非反応圧縮性粘性流体の解析に比べると，5年から10年くらい遅れているように思える．また，最近の数値解析による研究でも，Euler方程式による解析が極めて多い．これは，化学反応を伴う非定常解析に対する計算負荷が大きいこともにも起因するが，一旦デトネーションになると圧力が上流の値に比べて1桁上がり，また伝播が超音速と速いためにデトネーション波面近傍での粘性·熱伝導の影響は極めて限定的になるからである．ただし，DDTのシミュレーションでは粘性·熱伝導の影響が強く，これらの影響を考慮した解析が必要になる．本論文では，著者らがこれまで行ってきたデトネーションの数値解析について，デトネーション固有の解析技術と3次元構造を中心に，過去の研究と比較しながら紹介することにする．