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Site4 CFDシステム 可視化システム
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Site4 著者の公開研究論文、本ホームページに掲載されているシュリーレン写真、高速度カメラ映像、
CFD解析画像の結果は、
①シュリーレンシステム：２面対向法シュリーレンシステム スパーク光源システム（溝尻光学工業所）
②高速度カメラシステム：シュリーレンシステムに組み込まれた高速度カメラ（ナック nac IMAGE TECHNOLOGY）
③熱流体解析（CFD）システム：熱流体解析ソフトウェア STREAM およびSCRYU/Tetra （ ソフトウェアクレイドル）
のシステムを用いている。本結果については、本フロントページ、および Site1 Site2を参照されたい。
＊流れの可視化画像⇒シュリーレンによる可視化画像、CFDによる解析画像は、工学的、工業上 非常に有益、重要！
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熱流体解析（CFD）システム
熱流体解析（CFD）システムは、STREAM、SCRYU/Tetra（ソフトウェアクレイドル）を用いて、衝撃波を伴う
超音速噴流の非定常流れ二相流体の非定常流れ、超音速噴流のコアンダ現象、アトマイズノズル、広がりノズル、
繊維ノズルからの超音速流れ、翼まわりの流れ、自動車まわりの流れ、車内の空気の流れ、マフラー、コンバー
ター内の流れの解明を行い、工学的、工業的に有益な結論を得ている。
解析結果は、理論的に十分吟味された結果、および実験結果と良く一致している。
信頼性の高い熱流体解析においては、特に、理論と経験に基づく境界条件の設定、メッシュ作成が重要である。
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＜熱流体解析CFDについて＞
熱流体解析CFDの解析システムは、①プリプロセッサ（Preprocessor）、②ソルバー（Solver）、③ポストプロセ
ッサ（Postprocessor）の3つのステップから構成されている。
①プリプロセッサは、モデル作成（CADデータ インポート）、条件設定、メッシュ作成、②ソルバーは、コンピュ
ータによる解析の計算処理、③ポストプロセッサは、計算結果の可視化表示（静止画、動画など）の3つのステップ
によって、複雑な熱流体の流れの現象を解明することが可能である。高い信頼性の熱流体解析を得るには、理論と経
験に基づく境界条件の設定が重要である。
ポストプロセッサは、豊富な機能を備えており、圧力分布、速度分布、密度分布、マッハ数分布、温度分布、衝撃波
構造、さらには、流れのシャドウグラフ（本HP 第４章参照されたい。）などの表示が可能であり、定常流れや非定
常流れの解明に有意義な情報が得られる。
特に、流れの動画解析により、流れの未解明な現象、非定常な流れの現象を解明することが可能であり、工学的に有
意義な現象が得られる。
なお、２相流体の流れの熱流体解析が可能であり、高温、高圧の流れの解明には、有効な手段である。
２相流体の非定常流れでは、理論、実験結果とよく一致する現象、結果が得られている。これらの結果については、
Site2 を参照されたい。
①のモデル作成には、シェアトップの3DCAD SolidWorksを用いてモデル作成を行い、インポート、SCRYU/Tetra
で解析を行っている。
＜熱流体解析CFD導入の 利点＞
複雑な流れの解明、亜音速流れや超音速流れの非定常的な流れの解明には、熱流体解析CFDの導入が、流れの現象を
解明するうえで強力なツールである。（See 第１章）
特に、衝撃波を伴う超音速噴流の非常に速い流れ場の解明は、実験による計測技術が困難であり、CFDによる解明が
有効な手段である。実験には多くの計測技術の克服に加えて、時間と労力を要する。さらに、非定常流れの動画解析
が、現象解明には有効である。このような観点から、CFDによる解明は、亜音速流れ、超音速流れのいずれにおいて
も、工業的に、工学的に多くの利点が得られる。さらに、実験や可視化の困難な高温・高圧管路内の流れ、物体まわ
りの流れの解明などにも役立つツールである。
＜熱流体解析CFD導入の 事例 （著者の研究 導入事例）＞
本ホームページにおいては、CFDを用いて解析した研究開発の事例をいくつか示す。
第１章における超音速噴流の擬似衝撃波構造の解明については、CFD解析の事例を、Site2に示している。
第２章では、ガスアトマイズ法によるアトマイズノズルの研究開発に応用している。２相流の解析を行うことで金属
粉砕メカニズムを明らかにしている。動画解析を行うことで、溶湯金属の非定常な流れの解明を行い、金属粉砕メカ
ニズムの解明を明らかにしている。高温高圧のガス流れ、溶湯金属の粉砕された飛散する流れのようすの解明に有用
なツールである。CFDの解析結果は、理論、実験結果とよく一致している。
第３章では、高温、高圧の繊維ノズルから噴出する高分子溶液の非定常な流れの解明を行っている。繊維生地、不織
布などの製造メカニズムの解明、高機能の品質を生産するための開発に役立てている。CFDによる動画解析の結果は、
非常に細い繊維の生成状況の挙動とよく一致している。
第４章では、航空宇宙分野の研究開発の一事例を紹介している。フラップの角度変化による翼まわりの流れの解明を
行っている。また、超音速噴流の曲壁面に付着する付着噴流の非定常流れの解明、コアンダ現象の非定常特性を明ら
かにしている。CFD解析結果は、実験結果とよく一致している。
第５章では、自動車関連の研究開発の一事例を紹介している。自動車まわりの流れの解明、およびマニホールド内の
流れ、自動車用マフラー内の流れ、コンバーター内の流れ、エアコン吹き出し中の車内の空気流れなどの解明を行い、
性能改善に寄与できる研究開発を行っている。
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＜熱流体解析CFD 解析例 (SCRYU/Tetra)＞
（1）先細ノズルとラバルノズルから噴出する超音速噴流の非定常流れの解明
＜CFD 動画解析 先細ノズル 超音速噴流の非定常流れ＞ ＜CFD 動画解析 ラバルノズル 超音速噴流の非定常流れ＞
先細ノズルとラバルノズルから噴出される超音速流れの動画解析の一例を示す。
ノズルから噴出される流れは、衝撃波を伴う超音速流となり激しく振動して流出する。
ここでは、静止画面を示している。
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（2）広がりノズルから噴出される超音速噴流の境界層制御 CFD解析＆実験結果
＜CFD 非定常流れ 動画解析結果 超音速噴流の境界層制御 広がりノズル＞
＜実験結果 超音速噴流の境界層制御 広がりノズル＞
CFDによる解析結果と実験結果は、良く一致している。広がりノズルから噴出する超音速噴流は、８本の制御流によ
り広がり部壁面に付着する流れとなる。ノズル噴出後の下流域において制御流の影響で主流は、Ｙ字型の噴流となる。
主流と制御流の圧力比の違いによって、下流域での噴流形状に違いがある。
CFD解析は、動画により可視化できるが、非常に激しく振動している様子が認められる。詳細は、Site2 を参照されたい。
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（3）超極細ラバルノズルから噴出される超音速噴流 CFD解析
超極細ラバルノズル内の流れ 熱流体解析事例のサイト を参照されたい。
詳細は、 を参照されたい。
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流れの可視化 シュリーレンシステム 連続式超音速噴流 発生装置
超音速噴流の実験装置、流れの可視化 シュリーレンシステムについては、Site1 を参照されたい。
シュリーレンシステム（溝尻光学）は、２面対向法シュリーレンシステムを用いて、定常的な流れ、非定常的な流れ
（スパーク光源）を撮影。
衝撃波を伴う超音速噴流の非定常流れの解明には、シュリーレンシステムに高速度カメラ（ nac ）を組み込んで現象
の解明を行っている。
＜シュリーレンシステムの導入の利点＞
流れの可視化は、流れ場の現象解明の手段として、実験による圧力測定、速度測定などでは得られない有益な現象解
明に有益である。
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実験装置概略図 自動計測制御システム
（流れの可視化 シュリーレンシステム 高速度カメラ撮影）
流れの可視化は、2面対向法によるシュリーレンシステムによるカラーシュリーレン写真、シャドウグラフ写真を*
長焦点レンズを取り付けた一眼レフカメラで撮影している。
非定常流れの現象解明の可視化には、ハイスピードビデオカメラやハイスピードカメラ（nac）を用いている。
なお、カラー写真には自家製の5色カラーフィルターを用いている。
流れ場の圧力、速度、温度、マッハ数の計算、測定には、特殊の超小型の圧力プローブを用いて計測している。
非定常の流れの計測には、超小型のコンデンサー圧力プローブを内蔵して圧力振動、周波数分析を行っている。
また、騒音測定、周波数分析には、ブリュエル･ケアー（Brüel & Kjær ）の計測機器を用いて分析している。
これらにつては、本ホームページの "Site1" を参照されたい。
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