衝撃波管問題とは、一定の断面積をもった十分長い管の中に比熱比が等しく熱
力学的状態の異なる流体を1 枚の仕切りによって分けて入れておき、その仕切り
を取り去った後の流体の状態を求める問題です。
その解には衝撃波と接触不連続、膨張波という典型的な物理現象が含まれ、
厳密解も求められているため、衝撃波管問題は
計算コードの基本的なテストとして用いられます。
本質的に1 次元問題ですが、2 次元または3 次元の計算コードに対して仕切りを
斜めに設定することにより、斜め方向の物理量の伝播に関するテストとしても
用いられます。
初期条件を表示するにはマウスを図の上においてください。
3種類の特徴的な波が伝わっています。
左から順に、
滑らかな曲線になっているところは膨張波、
圧力が一定で密度に不連続があるところは接触不連続面、
その右にある物理量全てに不連続があるところは衝撃波とそれぞれ呼ばれます。
計算結果について詳しくは詳細解説をごらんください。
流体方程式
仕切りを取った後の流体の状態は、
- 衝撃波面(shock) より前方(右側) の領域、
- 接触不連続面(contact discontinuity) より右側で衝撃波面までの領域、
- 膨張波(expansion fan) より右側で接触不連続面までの領域、
- 膨張波の領域、
- 膨張波より左側の領域
という5 つの領域で互いに異なる性質を持ちます。
より詳しくは、こちらのドキュメント(PDFファイル)を参照してください。