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熱流体解析事例（２） CFD解析
超極細ラバルノズルからの噴流特性
干渉噴流の流れの特性
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熱流体解析 ＣＦＤ システム
熱流体解析（ＣＦＤ）システムについての詳細は、 を参照されたい。
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＜熱流体解析CFD 解析例 (SCRYU/Tetra)＞
超極細ラバルノズルから噴出する超音速噴流の流れ
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ラバルノズルのスロート部を極限まで絞り込んだ場合の超極細ラバルノズル内の流れと
ラバルノズルから静止大気中に流出する場合の超音速流れのようすを、CFDで解析した
結果を下記に示す。スロート部の内径は、0.2mm、ラバルノズル出口部の内径は、1.2
mmとなっている。 .
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＜ラバルノズル内の流れ＞
超極細ラバルノズル内の流れのようすをSCRYU/Tetraで解析を行った。スロート部(のど部)を極限まで可能な限り
絞り込んだラバル形状のノズル内の流れを解析により可視化したものである。このような超極細ラバルノズル内の
流れのシュリーレン法による可視化は、実際に困難であり、不可能に近い。このような流れでは、CFD解析が有効で
ある。スロート部でチョークしたMa=1の流れは下流域で次第に加速され、Ma>1の超音速噴流れとなる。ノズル出
口部でのマッハ数は、Ma>3の超音速流れとなっている。 .
＜超極細ラバルノズル 速度分布 マッハ数分布＞
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＜超極細ラバルノズル 密度分布 圧力分布＞
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＜超極細ラバルノズル 速度ベクトル 温度分布＞
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＜ラバルノズルから噴出する超音速流れのようす＞
速度分布 マッハ数分布 圧力分布 密度分布 温度分布 速度ベクトル
工業的なノズルとして有用！
通常サイズのラバルノズルに比べると、全体的に細長い流れとなっている。過膨張、過圧縮で形成されるそれぞれ
のコア領域の長さが非常に細長くなっている。なお、ノズル出口部において、急膨張する流れは見られない。これは
、ラバルノズルのスロート部の口径、および出口部の口径が非常に小さいことと、加えて非常に細長く設計されてい
ることが起因していると思われる。第1章のシュリーレン写真、あるいは熱流体解析事例（1）の章の広がりノズルの
流れを参照されたい。また、ノズル出口部に生じる遮断衝撃波（斜め衝撃波）の交差点で発生するマッハディスクは
見られない。したがって、マッハディスク後方に生じるスリップ面も生じない流れとなっている。特徴的なのは、それ
ぞれの分布に見られるように、コア領域で生じる遮断衝撃波、反射衝撃波が鋭く形成されていることである。特に、
モノクロで示されている密度分布（シャドウグラフ法的な図）や圧力分布は、その典型である。このような流れは、工
業上のさまざまな分野で有益であると思われる。
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＜超極細ラバルノズル 速度分布＞
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＜超極細ラバルノズル マッハ数分布＞
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＜超極細ラバルノズル 圧力分布＞
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＜超極細ラバルノズル 密度分布＞
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＜超極細ラバルノズル 温度分布＞
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＜超極細ラバルノズル 全体の流れのようす＞
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＜超極細ラバルノズル 速度ベクトル＞
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極細2重環状超音速噴流の干渉する流れ＊＊＊＊＊
2重の極細環状ノズルから高圧で流出する超音速噴流の干渉する流れの特性。
極細スリットのために複雑な衝撃波を伴う流れとなり、下流域で合流する傾向が見られる。
合流する付近に強い弓形の衝撃波が生成され、超音速流れから不連続的に亜音速噴流に急減
する流れとなる。環状ノズル出口付近では、流れの急膨張により急冷する流れ場が生じるが、
環状超音速噴流の衝突によるエネルギーの増加により弓形衝撃波後方での亜音速噴流の領域で
は、温度の急上昇する流れ場となる。本解析は、SCRYU/Tetraによる圧縮性解析の結果を示す。
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＜極細2重環状超音速噴流 速度分布 速度線図＞
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＜極細2重環状超音速噴流 温度分布 温度線図＞
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＜極細2重環状超音速噴流 マッハ数分布 マッハ線図＞
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＜極細2重環状超音速噴流 密度分布 密度こう配線図＞
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＜極細2重環状超音速噴流 密度こう配 シャドウグラフ法＞
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