圧縮性流体力学・衝撃波

著者名：佐宗章弘

コロナ社（2021/05発売）

• ISBN：9784339046533

内容説明

圧縮性流体力学は，圧力波と流れの相互作用を捉える学問であり，シンプルに美しく体系化されており，衝撃波はその象徴である。原理はシンプルだがその適用範囲は奥深い。本書では，丁寧に式を展開し，確実に理解できるよう解説した。

目次

1．圧力波の伝播
1.1　音の伝播
1.2　飛行体が出す音波
1.3　一次元粒子列の運動と波の伝播
　1.3.1　ピストン-小球の衝突
　1.3.2　小球-小球衝突
　1.3.3　ピストンと小球の動き
　1.3.4　特性速度
　1.3.5　平均粒子速度
　1.3.6　運動エネルギー
　1.3.7　圧縮比
　1.3.8　ピストンにかかる力
1.4　固体衝突における圧力波の伝播

2．気体粒子の運動と熱力学
2.1　熱力学の基礎
2.2　熱速度と流速
2.3　圧力
2.4　エネルギーと温度
2.5　理想気体と状態方程式
2.6　エントロピー
2.7　エンタルピー，全温，全圧
2.8　多成分混合気体

3．流れの基礎式
3.1　流れの保存式
　3.1.1　質量保存式
　3.1.2　運動量保存式
　3.1.3　エネルギー保存式
　3.1.4　そのほかの関係式
　3.1.5　非粘性流れの相似性
3.2　ガリレイ変換
　3.2.1　慣性座標系
　3.2.2　ガリレイ変換
　3.2.3　流体の保存方程式のガリレイ変換

4．不連続面
4.1　不連続面の条件と種類
　4.1.1　ランキン・ユゴニオ関係式
　4.1.2　不連続面の分類
4.2　垂直衝撃波
　4.2.1　一般的な性質
　4.2.2　熱量的完全気体に対する関係式
　4.2.3　グランシングインシデンス
　4.2.4　衝撃波面の安定性
　4.2.5　境界層を伴う衝撃波伝播
4.3　斜め衝撃波
　4.3.1　斜め衝撃波の関係式
　4.3.2　マッハ波
　4.3.3　二つの解と背後のマッハ数
　4.3.4　付着衝撃波と離脱衝撃波
4.4　界面と不安定性
　4.4.1　レイリー・テイラー不安定性
　4.4.2　リヒトマイアー・メシュコフ不安定性
　4.4.3　ケルビン・ヘルムホルツ不安定性

5．準一次元流れ
5.1　検査体積と基礎式
　5.1.1　検査体積
　5.1.2　質量保存
　5.1.3　運動量保存
　5.1.4　エネルギー保存
　5.1.5　状態方程式
　5.1.6　音速の関係式
　5.1.7　マッハ数Mの定義
　5.1.8　微分関係式の導出
5.2　流れの性質
　5.2.1　影響係数
　5.2.2　流路断面積変化の効果
　5.2.3　加熱/冷却の効果
　5.2.4　摩擦力の効果
　5.2.5　外力の効果
　5.2.6　閉塞条件
5.3　摩擦のある管内流れ

6．生成項を伴う系
6.1　一般化されたランキン・ユゴニオ関係式
6.2　デトネーション/デフラグレーション
　6.2.1　解の存在範囲
　6.2.2　デトネーション
　6.2.3　デフラグレーション
　6.2.4　エントロピーの変化
　6.2.5　エネルギーの変化
　6.2.6　ZNDモデル
　6.2.7　デトネーションのセル構造
6.3　ラム加速器
　6.3.1　作動原理と特徴
　6.3.2　推力の導出
　6.3.3　熱閉塞点の性質
　6.3.4　ラム加速器の実験
6.4　ジェット推力の一般化
6.5　空気吸込みエンジン

7．二次元流れ
7.1　圧縮波・膨張波とプラントル・マイヤー関数
7.2　プラントル・マイヤー膨張
7.3　超音速流れに置かれた円錐周りの流れ
7.4　衝撃波の反射
　7.4.1　定常流れにおける反射形態
　7.4.2　衝撃波極線
　7.4.3　二衝撃波理論
　7.4.4　三衝撃波理論
　7.4.5　反射形態の遷移基準
　7.4.6　擬似定常流れにおける衝撃波の反射
7.5　衝撃波・境界層干渉
7.6　演習：三角翼周りの超音速流れ

8．非定常一次元流れ
8.1　音波
8.2　特性速度と不変量
8.3　圧縮波
8.4　膨張波
8.5　垂直衝撃波前後の圧力波伝播
8.6　断面積が変化する流路を伝わる衝撃波
8.7　爆風

9．リーマン問題
9.1　問題の定義と解
9.2　衝撃波管
9.3　垂直衝撃波の反射
9.4　イクスパンションファンの反射
9.5　垂直衝撃波どうしの干渉
　9.5.1　Head-on衝突
　9.5.2　先行する衝撃波に別の衝撃波が追いつく場合
9.6　衝撃波と接触面の干渉

10．特性曲線法
10.1　超音速ノズルの設計
　10.1.1　特性線と流れの変化の扱い
　10.1.2　ラバールノズルの設計手順
10.2　衝撃波管作動の波動線図

11．圧縮性流れの発生と利用
11.1　ノズルとオリフィス
　11.1.1　断面積と等エントロピー流れの関係
　11.1.2　流量
　11.1.3　推力
　11.1.4　ノズル圧力比と流れの形態
11.2　超音速ディフューザー
　11.2.1　一次元的取扱い
　11.2.2　多次元効果
　11.2.3　擬似衝撃波
11.3　超音速流れの試験方法
　11.3.1　超音速風洞
　11.3.2　超音速自由飛行
11.4　非定常ドライバー
11.5　衝撃風洞
11.6　イクスパンション管
11.7　バリスティックレンジ

12．類似現象
12.1　浅水流れ
12.2　交通流
　12.2.1　平衡連続流体モデル
　12.2.2　運動方程式を取り入れたモデルと特性速度
　12.2.3　粒子モデル

付録
付録1　各種の座標系における微分演算子（3章関連）
付録2　デカルト座標系以外の座標系における保存式（3章関連）
付録3　圧縮性流体の応力テンソル（3章関連）
付録4　等エントロピー圧縮率（8章関連）
付録5　特性速度と不変量の一般的導出（8章関連）

索引