研究者詳細

顔写真

カワイ　ソウシ
河合　宗司
Soshi Kawai
所属
大学院工学研究科　航空宇宙工学専攻　航空システム講座（空力設計学分野）
職名
教授
学位

  • 博士（工学）（東京大学）

  • 修士（工学）（名古屋大学）

経歴 8

  • 2019年8月 ～ 継続中
    東北大学 大学院工学研究科 航空宇宙工学専攻　教授

  • 2018年4月 ～ 継続中
    東京大学 生産技術研究所 革新的シミュレーション研究センター　リサーチフェロー

  • 2016年5月 ～ 2022年3月
    東北大学 大学院工学研究科 次世代航空機研究センター　センター長（流体・情報）

  • 2015年4月 ～ 2019年7月
    東北大学 大学院工学研究科 航空宇宙工学専攻　准教授

  • 2011年2月 ～ 2015年3月
    （独）宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所　国際トップヤングフェロー

  • 2007年1月 ～ 2011年1月
    Stanford University, Center for Turbulence Research　Postdoctoral Fellow

  • 2006年4月 ～ 2006年12月
    （独）宇宙航空研究開発機構 情報・計算工学センター　招聘研究員

  • 2005年4月 ～ 2006年3月
    東京大学大学院 工学系研究科 航空宇宙工学専攻　日本学術振興会特別研究員（PD）

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学歴 3

  • 東京大学　大学院工学系研究科　航空宇宙工学専攻 博士課程

    2002年4月 ～ 2005年3月

  • 名古屋大学　大学院工学研究科　航空宇宙工学専攻 博士課程前期

    2000年4月 ～ 2002年3月

  • 名古屋大学　工学部　機械・航空工学科 航空宇宙工学コース

    1996年4月 ～ 2000年3月

委員歴 17

  • AIAA Jet Noise Prediction Workshop　Committee Member

    2025年7月 ～ 継続中

  • 文部科学省 研究振興局 HPCI計画推進委員会　委員

    2025年4月 ～ 継続中

  • 日本学術会議 総合工学委員会・機械工学委員会合同 フロンティア人工物分科会　幹事

    2024年3月 ～ 継続中

  • Theoretical and Computational Fluid Dynamics　Associate Editor

    2022年1月 ～ 継続中

  • 文部科学省 科学技術・学術審議会 航空科学技術委員会　専門委員

    2021年4月 ～ 継続中

  • JSTさきがけ 研究領域「複雑な流動・輸送現象の解明・予測・制御に向けた新しい流体科学」　領域アドバイザー

    2021年4月 ～ 継続中

  • 日本学術会議　連携会員

    2017年10月 ～ 継続中

  • 日本流体力学会　理事

    2023年4月 ～ 2025年3月

  • 日本流体力学会　年会2024 実行委員長

    2022年10月 ～ 2024年9月

  • 日本流体力学会　代議員

    2021年4月 ～ 2023年3月

  • HPCIコンソーシアム　ユーザーコミュニティ代表機関 会員

    2020年4月 ～ 2023年3月

  • 日本航空宇宙学会 空気力学部門 「高レイノルズ数空力」研究会　主査

    2017年11月 ～ 2022年2月

  • 日本流体力学会 Fluid Mechanics 2030ワーキンググループ　委員長

    2019年9月 ～ 2021年12月

  • 日本航空宇宙学会北部支部　幹事

    2016年4月 ～ 2020年3月

  • 日本航空宇宙学会論文編集委員会　委員

    2017年4月 ～ 2019年3月

  • 日本航空宇宙学会空力部門　委員

    2016年4月 ～ 2018年3月

  • 日本機械学会設計情報学研究会　委員

    2011年10月 ～ 2017年3月

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所属学協会 4

  • American Physical Society

  • 日本流体力学会

  • American Institute of Aeronautics and Astronautics

  • 日本航空宇宙学会

研究キーワード 7

  • 航空宇宙工学

  • 圧縮性流体力学

  • 数値計算手法

  • 数値流体力学

  • 乱流

  • 空気力学

  • データ科学

研究分野 2

  • フロンティア（航空・船舶） / 航空宇宙工学 /

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 流体工学 /

受賞 9

  1. 論文賞

    2022年12月　日本流体力学会

  2. 第35回数値流体力学シンポジウム ベストCFDグラフィックス・アワード

    2021年12月　日本流体力学会　航空機フライト試験の代替に向けて ~高忠実LESによる航空機全機解析~

  3. ディスティングイッシュトリサーチャー

    2020年4月　東北大学

  4. 日本航空宇宙学会 第51回流体力学講演会 最優秀賞（航空宇宙数値シミュレーション技術部門）

    2019年9月　日本航空宇宙学会

  5. 日本航空宇宙学会 第49回流体力学講演会 流体力学部門 最優秀賞

    2017年8月　日本航空宇宙学会

  6. 平成27年度HPCI利用研究課題 優秀成果賞

    2016年10月21日　HPCI

  7. 平成28年度文部科学大臣表彰 若手科学者賞

    2016年4月20日　文部科学省

  8. 日本流体力学会 2015年度学会賞 竜門賞

    2016年2月17日　日本流体力学会

  9. 日本航空宇宙学会 第46回流体力学講演会 数値シミュレーション部門 最優秀賞

    2014年8月　日本航空宇宙学会

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論文 94

  1. Direct numerical simulation of subharmonic transition in pseudo-adiabatic, heated and cooled boundary layers at Mach number 0.8 査読有り

    Yuta Iwatani, Hiroyuki Asada, Soshi Kawai

    International Journal of Heat and Fluid Flow　116　109896-109896　2025年12月

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1016/j.ijheatfluidflow.2025.109896 　

    ISSN：0142-727X

  2. Scale Resolving Methods for Aeronautical Flows toward the Era of “Industrial LES” 招待有り 査読有り

    Kozo Fujii, Soshi Kawai, Datta Gaitonde

    Flow, Turbulence and Combustion　2025年7月2日

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1007/s10494-025-00659-2 　

    ISSN：1386-6184

    eISSN：1573-1987

  3. Applicability of quadratic constitutive relations for turbulent flow simulations in aeronautics 査読有り

    Yoshiharu Tamaki, Soshi Kawai, Taro Imamura

    Journal of Aircraft　Accepted (in press)　2025年7月

  4. Unsupervised and supervised machine learning pipeline for super-resolution-based subgrid scale modelling in coarse-grid large-eddy simulations 査読有り

    Soju Maejima, Soshi Kawai

    Journal of Fluid Mechanics　1013　A28-1-A28-51　2025年6月19日

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1017/jfm.2025.10211 　

    ISSN：0022-1120

    eISSN：1469-7645

  5. Logarithmic mean approximation in improving entropy conservation in KEEP scheme with pressure equilibrium preservation property for compressible flows 査読有り

    Shigetaka Kawai, Soshi Kawai

    Journal of Computational Physics　530　113897-1-113897-27　2025年6月

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1016/j.jcp.2025.113897 　

    ISSN：0021-9991

  6. Localized thickened flame model for stretched premixed flames 査読有り

    Tongtong Cui, Hiroshi Terashima, Soshi Kawai

    Combustion and Flame　273　113947-1-113947-14　2025年3月

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1016/j.combustflame.2024.113947 　

    ISSN：0010-2180

  7. Exact parallelized dynamic mode decomposition with Hankel matrix for large-scale flow data 査読有り

    Hiroyuki Asada, Soshi Kawai

    Theoretical and Computational Fluid Dynamics　39　(1)　8-1-8-36　2024年12月7日

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1007/s00162-024-00730-0 　

    ISSN：0935-4964

    eISSN：1432-2250

  8. Physics-informed machine-learning solution to log-layer mismatch in wall-modeled large-eddy simulation 査読有り

    Soju Maejima, Kazuki Tanino, Soshi Kawai

    Physical Review Fluids　9　(8)　084609-1-084609-28　2024年8月26日

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1103/physrevfluids.9.084609 　

    eISSN：2469-990X

  9. Wall-Modeled Large-Eddy Simulation of Transonic Buffet over NASA-CRM Using FFVHC-ACE 査読有り

    Yoshiharu Tamaki, Soshi Kawai

    AIAA Journal　62　(7)　2489-2504　2024年7月

    出版者・発行元：

    DOI： 10.2514/1.j063188 　

    ISSN：0001-1452

    eISSN：1533-385X

  10. A posteriori study on wall modeling in large eddy simulation using a nonlocal data-driven approach 査読有り

    Golsa Tabe Jamaa, Yuji Hattori, Soshi Kawai

    Physics of Fluids　36　(6)　065164-1-065164-19　2024年6月1日

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1063/5.0210851 　

    ISSN：1070-6631

    eISSN：1089-7666

  11. Theoretical link in numerical shock thickness and shock-capturing dissipation 査読有り

    Ryosuke Ida, Yoshiharu Tamaki, Soshi Kawai

    Journal of Computational Physics　505　112901-1-112901-9　2024年5月

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1016/j.jcp.2024.112901 　

    ISSN：0021-9991

  12. Temporal discretization for improving kinetic-energy and entropy preservation properties in KEEP schemes 査読有り

    Hiroyuki Asada, Kanako Maruyama, Soshi Kawai

    Computers and Fluids　270　106143-1-106143-15　2024年2月

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1016/j.compfluid.2023.106143 　

    ISSN：0045-7930

  13. Turbulence anisotropy effects on corner-flow separation: physics and turbulence modelling 査読有り

    Yoshiharu Tamaki, Soshi Kawai

    Journal of Fluid Mechanics　980　A21-1-A21-37　2024年1月31日

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1017/jfm.2024.25 　

    ISSN：0022-1120

    eISSN：1469-7645

  14. Wall pressure fluctuations in wall heated and cooled shock wave and turbulent boundary layer interactions 査読有り

    Ryo Hirai, Soshi Kawai

    International Journal of Heat and Fluid Flow　103　109205-1-109205-14　2023年10月

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1016/j.ijheatfluidflow.2023.109205 　

    ISSN：0142-727X

  15. Near-wall numerical coherent structures and turbulence generation in wall-modelled large-eddy simulation 査読有り

    Hirotaka Maeyama, Soshi Kawai

    Journal of Fluid Mechanics　969　A29-1-A29-44　2023年8月22日

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1017/jfm.2023.575 　

    ISSN：0022-1120

    eISSN：1469-7645

  16. FFVHC-ACE: Fully Automated Cartesian-Grid-Based Solver for Compressible Large-Eddy Simulation 査読有り

    Hiroyuki Asada, Yoshiharu Tamaki, Ryoji Takaki, Takaaki Yumitori, Shun Tamura, Keita Hatanaka, Kazuhiro Imai, Hirotaka Maeyama, Soshi Kawai

    AIAA Journal　61　(8)　3466-3484　2023年8月

    出版者・発行元： American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA)

    DOI： 10.2514/1.j062593 　

    ISSN：0001-1452

    eISSN：1533-385X

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    This study presents a fully automated Cartesian-grid-based compressible flow solver, named FrontFlow/Violet Hierarchical Cartesian for Aeronautics based on Compressible-flow Equations (FFVHC-ACE), for large-eddy simulation (LES) and its aeronautical applications. FFVHC-ACE enables high-fidelity LES of high-Reynolds-number flows around complex geometries by adopting three key numerical methods: hierarchical Cartesian grids, wall modeling in LES, and the kinetic-energy and entropy preserving (KEEP) scheme. The hierarchical Cartesian grids allow fully automated grid generation for complex geometries in FFVHC-ACE, and high-fidelity LES of high-Reynolds-number flows around complex geometries is realized by the wall modeling and the KEEP scheme on the non-body-fitted hierarchical Cartesian grids. We apply FFVHC-ACE to wall-modeled LES around high-lift aircraft configurations at wind-tunnel-scale Reynolds number [Formula: see text] and real-flight Reynolds number [Formula: see text], demonstrating the capability of FFVHC-ACE for fully automated grid generation and high-fidelity simulations around complex aircraft configurations. The computed flowfield and aerodynamic forces at the wind-tunnel-scale Reynolds number agree well with the experimental data provided in the past AIAA High Lift Prediction Workshop (Rumsey et al., Journal of Aircraft, Vol. 56, No. 2, 2019, pp. 621–644). Furthermore, the wall-modeled LES at the real-flight Reynolds number shows good agreement of the lift coefficient with flight-test data.

  17. Ordinary-differential-equation-based nonequilibrium wall modeling for large-eddy simulation 査読有り

    Ryo Kamogawa, Yoshiharu Tamaki, Soshi Kawai

    Physical Review Fluids　8　(6)　064605-1-064605-24　2023年6月9日

    出版者・発行元： American Physical Society (APS)

    DOI： 10.1103/physrevfluids.8.064605 　

    eISSN：2469-990X

  18. Identifying the Self-Sustaining Mechanisms of Transonic Airfoil Buffet with Resolvent Analysis 査読有り

    Yuta Iwatani, Hiroyuki Asada, Chi-An Yeh, Kunihiko Taira, Soshi Kawai

    AIAA Journal　61　(6)　2400-2411　2023年5月

    出版者・発行元： American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA)

    DOI： 10.2514/1.j062294 　

    ISSN：0001-1452

    eISSN：1533-385X

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    The self-sustaining mechanisms of shock oscillations in transonic airfoil buffet are studied by wall-resolved large-eddy simulation (LES) and resolvent analysis. The LES successfully reproduces the large-scale shock oscillations over a transonic OAT15A airfoil, and the resolvent analysis using the high-fidelity LES data reveals the input–output relations in the self-sustained shock oscillations. Based on the input–output relations revealed by the resolvent analysis, this study identifies two mechanisms of the self-sustained shock oscillations. The first mechanism is closely tied to the periodic variations of the shock-induced separation height, whereas the second mechanism is related to the pressure dynamics around the shock wave. The mechanisms of the self-sustained shock oscillations identified by the input–output relations are examined in detail along with the high-fidelity LES data to aid the understanding of the feedback formulations in transonic airfoil buffet.

  19. Fully conservative and pressure-equilibrium preserving scheme for compressible multi-component flows 査読有り

    Yuji Fujiwara, Yoshiharu Tamaki, Soshi Kawai

    Journal of Computational Physics　478　111973-111973　2023年4月

    出版者・発行元： Elsevier BV

    DOI： 10.1016/j.jcp.2023.111973 　

    ISSN：0021-9991

  20. Effects of Spanwise Domain Size on LES-Predicted Aerodynamics of Stalled Airfoil 査読有り

    Aya Aihara, Soshi Kawai

    AIAA Journal　61　(3)　1440-1446　2023年3月

    出版者・発行元： American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA)

    DOI： 10.2514/1.j062375 　

    ISSN：0001-1452

    eISSN：1533-385X

  21. Conservative low-pass filter with compact stencils for hierarchical Cartesian mesh 査読有り

    Hiroyuki Asada, Soshi Kawai

    Computers & Fluids　252　105769-105769　2023年2月

    出版者・発行元： Elsevier BV

    DOI： 10.1016/j.compfluid.2022.105769 　

    ISSN：0045-7930

  22. Wall-Modeled Large-Eddy Simulation with Second-Order Accurate Upwind Scheme 査読有り

    Hidemasa Yasuda, Soshi Kawai

    AIAA Journal　61　(2)　712-725　2023年2月

    出版者・発行元：

    DOI： 10.2514/1.j062087 　

    ISSN：0001-1452

    eISSN：1533-385X

  23. Wall-Resolved Large-Eddy Simulation of Near-Stall Airfoil Flow at Rec=107 査読有り

    Yoshiharu Tamaki, Soshi Kawai

    AIAA Journal　61　(2)　698-711　2023年2月

    出版者・発行元： American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA)

    DOI： 10.2514/1.j062066 　

    ISSN：0001-1452

    eISSN：1533-385X

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    A wall-resolved large-eddy simulation (LES) of the near-stall flow around the Aerospatiale A-airfoil at [Formula: see text] is conducted. The present LES shows typical Reynolds-number effects compared to the previous LES at [Formula: see text], such as the increase in lift coefficient, decrease in boundary-layer thickness, delay of turbulent flow separation, and upstream shift of transition location. Among these Reynolds-number effects, the difference in the development of momentum displacement thickness is focused on and further analyzed based on the integral relation of the boundary layer. This analysis reveals that the different mechanisms of the laminar–turbulent transition between the two Reynolds-number cases cause an initial difference in the momentum displacement thickness. This initial difference is then amplified downstream by the deceleration effects of the mean flow. These results suggest that proper estimation of the laminar and transitional flows near the leading edge is crucial for predicting the trailing-edge stall phenomena and their dependency on the Reynolds number.

  24. Comprehensive analysis of entropy conservation property of non-dissipative schemes for compressible flows: KEEP scheme redefined 査読有り

    Yoshiharu Tamaki, Yuichi Kuya, Soshi Kawai

    Journal of Computational Physics　468　111494-111494　2022年11月

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1016/j.jcp.2022.111494 　

    ISSN：0021-9991

    eISSN：1090-2716

  25. Modified wavenumber and aliasing errors of split convective forms for compressible flows 査読有り

    Yuichi Kuya, Soshi Kawai

    Journal of Computational Physics　464　111336-111336　2022年9月

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1016/j.jcp.2022.111336 　

    ISSN：0021-9991

    eISSN：1090-2716

  26. Sound source characteristics generated by shocklets in isotropic compressible turbulence 査読有り

    Daiki Terakado, Taku Nonomura, Soshi Kawai, Hikaru Aono, Makoto Sato, Akira Oyama, Kozo Fujii

    Physical Review Fluids　7　(8)　084605-1-084605-31　2022年8月19日

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1103/physrevfluids.7.084605 　

    eISSN：2469-990X

  27. Effects of the semi-local Reynolds number in scaling turbulent statistics for wall heated/cooled supersonic turbulent boundary layers 査読有り

    Ryo Hirai, Rene Pecnik, Soshi Kawai

    Physical Review Fluids　6　(12)　124603　2021年12月13日

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1103/physrevfluids.6.124603 　

    eISSN：2469-990X

  28. Wall modeling for large-eddy simulation on non-body-conforming Cartesian grids 査読有り

    Yoshiharu Tamaki, Soshi Kawai

    Physical Review Fluids　6　(11)　114603　2021年11月24日

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1103/physrevfluids.6.114603 　

    eISSN：2469-990X

  29. High-order accurate kinetic-energy and entropy preserving (KEEP) schemes on curvilinear grids 査読有り

    Yuichi Kuya, Soshi Kawai

    Journal of Computational Physics　442　110482-110482　2021年10月

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1016/j.jcp.2021.110482 　

    ISSN：0021-9991

    eISSN：1090-2716

  30. Analysis and Robust Method for Source-Term Modeling of Vortex Generator 査読有り

    Ryo Hirai, Soshi Kawai

    Journal of Aircraft　58　(5)　958-970　2021年9月

    出版者・発行元：

    DOI： 10.2514/1.c036044 　

    eISSN：1533-3868

  31. A localized thickened flame model for simulations of flame propagation and autoignition under elevated pressure conditions 査読有り

    Hiroshi Terashima, Yutaka Hanada, Soshi Kawai

    Proceedings of the Combustion Institute　38　(2)　2119-2126　2021年4月

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1016/j.proci.2020.06.063 　

    ISSN：1540-7489

  32. Preventing spurious pressure oscillations in split convective form discretization for compressible flows 査読有り

    Nao Shima, Yuichi Kuya, Yoshiharu Tamaki, Soshi Kawai

    Journal of Computational Physics　427　110060-110060　2021年2月

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1016/j.jcp.2020.110060 　

    ISSN：0021-9991

    eISSN：1090-2716

  33. Physics and modeling of trailing-edge stall phenomena for wall-modeled large-eddy simulation 査読有り

    Yoshiharu Tamaki, Yuma Fukushima, Yuichi Kuya, Soshi Kawai

    Physical Review Fluids　5　(7)　074602　2020年7月6日

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1103/physrevfluids.5.074602 　

    eISSN：2469-990X

  34. A stable and non-dissipative kinetic energy and entropy preserving (KEEP) scheme for non-conforming block boundaries on Cartesian grids 査読有り

    Yuichi Kuya, Soshi Kawai

    Computers & Fluids　200　104427-104427　2020年3月

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1016/j.compfluid.2020.104427 　

    ISSN：0045-7930

  35. Turbulence Modeling for Turbulent Boundary Layers at Supercritical Pressure: A Model for Turbulent Mass Flux 査読有り

    Soshi Kawai, Yoshihito Oikawa

    Flow, Turbulence and Combustion　104　(2-3)　625-641　2020年3月

    出版者・発行元：

    DOI： 10.1007/s10494-019-00079-z 　

    ISSN：1386-6184

    eISSN：1573-1987

  36. Corrigendum to “Kinetic energy and entropy preserving schemes for compressible flows by split convective forms” (Journal of Computational Physics (2018) 375 (823–853), (S0021999118305916), (10.1016/j.jcp.2018.08.058))

    Yuichi Kuya, Kosuke Totani, Soshi Kawai

    Journal of Computational Physics　391　397　2019年8月15日

    DOI： 10.1016/j.jcp.2019.04.018 　

    ISSN：0021-9991

    eISSN：1090-2716

  37. Heated transcritical and unheated non-transcritical turbulent boundary layers at supercritical pressures 査読有り

    Soshi Kawai

    Journal of Fluid Mechanics　865　563-601　2019年4月

    DOI： 10.1017/jfm.2019.13 　

  38. A Kriging-based dynamic adaptive sampling method for uncertainty quantification 査読有り

    Koji Shimoyama, Soshi Kawai

    Transaction of The Japan Society for Aeronautical and Space Sciences　62　(3)　137-150　2019年3月

    DOI： 10.2322/tjsass.62.137 　

  39. A simple cellwise high-order implicit discontinuous Galerkin scheme for unsteady turbulent flows 査読有り

    Hiroyuki Asada, Soshi Kawai

    Transaction of The Japan Society for Aeronautical and Space Sciences　62　(2)　93-107　2019年2月

    DOI： 10.2322/tjsass.62.93 　

  40. On a robust and accurate localized artificial diffusivity scheme for the high-order flux-reconstruction method 査読有り

    Takanori Haga, Soshi Kawai

    Journal of Computational Physics　376　534-563　2019年1月

    DOI： 10.1016/j.jcp.2018.09.052 　

  41. Unsteady shear layer flow under excited local body-force for flow-separation control in downstream of a two-dimensional hump 査読有り

    A. Yakeno, Y. Abe, S. Kawai, T. Nonomura, K. Fujii

    International Journal of Heat and Fluid Flow　74　15-27　2018年12月

    DOI： 10.1016/j.ijheatfluidflow.2018.08.008 　

    ISSN：0142-727X

  42. Kinetic energy and entropy preserving schemes for compressible flows by split convective forms 査読有り

    Yuichi Kuya, Kosuke Totani, Soshi Kawai

    Journal of Computational Physics　375　823-853　2018年12月

    DOI： 10.1016/j.jcp.2018.08.058 　

    ISSN：0021-9991

    eISSN：1090-2716

  43. スペクトラルボリューム法の六面体格子への拡張とNASA-CRM周りの流れ場解析への適用 査読有り

    澤木悠太, 河合宗司, 澤田惠介

    航空宇宙技術　17　189-197　2018年9月

    出版者・発行元： 一般社団法人 日本航空宇宙学会

    DOI： 10.2322/astj.JSASS-D-17-00034 　

    詳細を見る 詳細を閉じる

    <p>The conventional spectral volume (SV) method for three-dimensional tetrahedral unstructured mesh is extended to use hexahedral mesh. In the test calculations of linear scalar advection problem and diffusion problem, the formal spatial order of accuracy is achieved even for skewed computational meshes. The Spalart Allmaras turbulence model implemented in the present code is verified by calculating the grid-converged skin friction of turbulent boundary layer on a flat plate. Then verified code is applied to compute the flowfield around the NASA-CRM. In this study, we examine the agreement of the computed aerodynamic coefficients with the corresponding experimental data for different angles of attack. We also examine the change of aerodynamic coefficients with varying Reynolds number, although the experimental data is not available. It is shown that the present SV code can predict aerodynamic coefficients around the cruise angle of attack conditions fairly well. When higher Reynolds number is assumed, the computed lift increases while the viscous drag is reduced, as is expected. On the other hand, the pressure drag is increased with increasing Reynolds number due to the shock wave on the wing which moves toward downstream.</p>

  44. Large-eddy simulation of airfoil flow near stall condition at Reynolds number 2.1×106 査読有り

    Kengo Asada, Soshi Kawai

    Physics of Fluids　30　(8)　85103-1-85103-22　2018年8月

    DOI： 10.1063/1.5037278 　

  45. Structure-preserving operators for thermal-nonequilibrium hydrodynamics 査読有り

    Takashi Shiroto, Soshi Kawai, Naofumi Ohnishi

    Journal of Computational Physics　364　1-17　2018年7月1日

    出版者・発行元： Academic Press Inc.

    DOI： 10.1016/j.jcp.2018.03.008 　

    ISSN：1090-2716 0021-9991

    eISSN：1090-2716

  46. Physically-consistent formulations for kinetic energy conservation by split convective derivatives

    Y. Kuya, S. Kawai

    7th European Conference on Computational Fluid Dynamics　2018年6月

  47. 高次精度DG法によるNASA-CRMの空力係数予測 査読有り

    淺田啓幸, 河合宗司, 澤田惠介

    航空宇宙技術　17　179-188　2018年6月

    DOI： 10.2322/astj.JSASS-D-17-00033 　

  48. A quadrature simplification method for fast implicit discontinuous Galerkin schemes 査読有り

    Hiroyuki Asada, Soshi Kawai, Keisuke Sawada

    Computers and Fluids　167　249-264　2018年5月15日

    出版者・発行元： Elsevier Ltd

    DOI： 10.1016/j.compfluid.2018.03.035 　

    ISSN：0045-7930

  49. 超臨界圧・乱流境界層における密度変動効果のRANSモデリングの提案 招待有り 査読有り

    及川義仁, 河合宗司

    ながれ　37　(2)　105-110　2018年4月

  50. Study of the Transition from MRI to Magnetic Turbulence via Parasitic Instability by a High-order MHD Simulation Code 査読有り

    Kenichiro Hirai, Yuto Katoh, Naoki Terada, Soshi Kawai

    Astrophysical Journal　853　(2)　174-1-174-15　2018年2月1日

    出版者・発行元： Institute of Physics Publishing

    DOI： 10.3847/1538-4357/aaa5b2 　

    ISSN：1538-4357 0004-637X

  51. Wall-modeled large-eddy simulation of transonic airfoil buffet at high reynolds number

    Yuma Fukushima, Soshi Kawai

    AIAA Journal　56　(6)　2372-2388　2018年

    出版者・発行元： American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc.

    DOI： 10.2514/1.J056537 　

    ISSN：0001-1452

  52. Wall-modeled large-eddy simulation of transonic airfoil buffet at high reynolds number 査読有り

    Yuma Fukushima, Soshi Kawai

    AIAA Journal　56　(6)　2372-2388　2018年

    出版者・発行元： American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc.

    DOI： 10.2514/1.J056537 　

    ISSN：0001-1452

  53. Plasma-Actuator Burst-Mode Frequency Effects on Leading-Edge Flow-Separation Control at Reynolds Number 2.6 x 10(5) 査読有り

    Hikaru Aono, Soshi Kawai, Taku Nonomura, Makoto Sato, Kozo Fujii, Koichi Okada

    AIAA JOURNAL　55　(11)　3789-3806　2017年11月

    DOI： 10.2514/1.J055727 　

    ISSN：0001-1452

    eISSN：1533-385X

  54. Finite-volume-concept-based Pade-type filters 査読有り

    Takashi Shiroto, Soshi Kawai, Naofumi Ohnishi

    JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS　349　215-219　2017年11月

    DOI： 10.1016/j.jcp.2017.08.027 　

    ISSN：0021-9991

    eISSN：1090-2716

  55. Transonic airfoil buffet at high Reynolds number by using wall-modeled large-eddy simulation 査読有り

    Yuma Fukushima, Soshi Kawai

    Proceedings of Turbulence and Shear Flow Phenomena　2　6C-3　2017年7月

  56. Large-Eddy Simulation of NACA 0015 Airfoil Flow at Reynolds Number of 1.6x10(6) 査読有り

    Makoto Sato, Kengo Asada, Taku Nonomura, Soshi Kawai, Kozo Fujii

    AIAA JOURNAL　55　(2)　673-679　2017年2月

    DOI： 10.2514/1.J054963 　

    ISSN：0001-1452

    eISSN：1533-385X

  57. Spanwise modulation effects of local body force on downstream turbulence growth around two-dimensional hump 査読有り

    A. Yakeno, Y. Abe, S. Kawai, T. Nonomura, K. Fujii

    INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND FLUID FLOW　63　108-118　2017年2月

    DOI： 10.1016/j.ijheatfluidflow.2016.11.012 　

    ISSN：0142-727X

    eISSN：1879-2278

  58. Wall-Turbulence Structure with Pressure Gradient Around 2D Hump 査読有り

    Aiko Yakeno, Soshi Kawai, Taku Nonomura, Kozo Fujii

    PROGRESS IN TURBULENCE VI　165　167-171　2016年

    DOI： 10.1007/978-3-319-29130-7_30 　

    ISSN：0930-8989

  59. Large eddy simulation with modeled wall-stress: recent progress and future directions 査読有り

    Johan Larsson, Soshi Kawai, Julien Bodart, Ivan Bermejo-Moreno

    Mechanical Engineering Reviews　3　(1)　15-00418-15-00418　2016年1月

    DOI： 10.1299/mer.15-00418 　

  60. A robust and accurate numerical method for transcritical turbulent flows at supercritical pressure with an arbitrary equation of state 査読有り

    Soshi Kawai, Hiroshi Terashima, Hideyo Negishi

    JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS　300　116-135　2015年11月

    DOI： 10.1016/j.jcp.2015.07.047 　

    ISSN：0021-9991

    eISSN：1090-2716

  61. Separation control based on turbulence transition around a two-dimensional hump at different Reynolds numbers 査読有り

    A. Yakeno, S. Kawai, T. Nonomura, K. Fujii

    INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND FLUID FLOW　55　52-64　2015年10月

    DOI： 10.1016/j.ijheatfluidflow.2015.07.014 　

    ISSN：0142-727X

    eISSN：1879-2278

  62. Characteristics of pressure distribution and skin friction within the laminar separation bubble at different Reynolds numbers 査読有り

    Donghwi Lee, Soshi Kawai, Taku Nonomura, Akira Oyama, Kozo Fujii

    Proceedings of Turbulence and Shear Flow Phenomena　1　3D-5　2015年7月

  63. Strong real-fluid effects on transcritical turbulent boundary layers at supercritical pressures 査読有り

    Soshi Kawai

    Proceedings of Turbulence and Shear Flow Phenomena　2　4A-5　2015年7月

  64. 二次元ハンプ剥離後流渦への周期的制御振動周波数の影響 招待有り 査読有り

    焼野藍子, 河合宗司, 野々村拓, 藤井孝藏

    ながれ　34　(2)　97-102　2015年4月

  65. Mechanisms of surface pressure distribution within a laminar separation bubble at different Reynolds numbers 査読有り

    Donghwi Lee, Soshi Kawai, Taku Nonomura, Masayuki Anyoji, Hikaru Aono, Akira Oyama, Keisuke Asai, Kozo Fujii

    PHYSICS OF FLUIDS　27　(2)　023602-1-023602-22　2015年2月

    DOI： 10.1063/1.4913500 　

    ISSN：1070-6631

    eISSN：1089-7666

  66. LES on Turbulent Separated Flow around NACA0015 at Reynolds Number 1,600,000 toward Active Flow Control

    Kengo Asada, Makoto Sato, Taku Nonomura, Soshi Kawai, Hikaru Aono, Aiko Yakeno, Kozo Fujii

    32nd AIAA Applied Aerodynamics Conference　2014年6月13日

    出版者・発行元： American Institute of Aeronautics and Astronautics

    DOI： 10.2514/6.2014-2687 　

  67. Consistent numerical diffusion terms for simulating compressible multicomponent flows 査読有り

    Hiroshi Terashima, Soshi Kawai, Mitsuo Koshi

    Computers and Fluids　88　484-495　2013年12月15日

    DOI： 10.1016/j.compfluid.2013.10.007 　

    ISSN：0045-7930

  68. Divergence-free-preserving high-order schemes for magnetohydrodynamics: An artificial magnetic resistivity method 査読有り

    Soshi Kawai

    JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS　251　292-318　2013年10月

    DOI： 10.1016/j.jcp.2013.05.033 　

    ISSN：0021-9991

  69. Wall-modeled large-eddy simulation of high Reynolds number flow around an airfoil near stall condition 査読有り

    Soshi Kawai, Kengo Asada

    Computers and Fluids　85　105-113　2013年10月1日

    DOI： 10.1016/j.compfluid.2012.11.005 　

    ISSN：0045-7930

  70. Flow physics and RANS modelling of oblique shock/turbulent boundary layer interaction 査読有り

    Brandon Morgan, K. Duraisamy, N. Nguyen, S. Kawai, S. K. Lele

    Journal of Fluid Mechanics　729　231-284　2013年8月

    DOI： 10.1017/jfm.2013.301 　

    ISSN：0022-1120 1469-7645

  71. LESのダイナミック壁面モデル：剥離・遷移・再付着を伴う高レイノルズ数翼流れ 招待有り 査読有り

    浅田健吾, 河合宗司, 藤井孝藏

    ながれ　32　(2)　95-105　2013年4月

  72. Gridless boundary treatment for viscous flow computations using Cartesian grid method 査読有り

    Takashi Ishida, Soshi Kawai, Kazuhiro Nakahashi

    Journal of Computational Science and Technology　7　(1)　38-58　2013年3月

    出版者・発行元： The Japan Society of Mechanical Engineers

    DOI： 10.1299/jcst.7.38 　

    ISSN：1881-6894

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    A realistic wall boundary treatment method for viscous flow computations using Cartesian grid method is proposed to simulate compressible flows around complex geometries at low and high Reynolds numbers. In this method, a Cartesian grid is used as a background grid to cover the whole computational domain and a wall boundary is treated by gridless method to express a smooth wall boundary of input geometries in a Cartesian grid. Subgrid which is similar to a prismatic layer in conventional unstructured grid method is introduced near the wall boundary to resolve a boundary layer. The proposed method is applied to the Building-Cube Method (BCM) which is a block-structured Cartesian grid approach proposed by one of the authors. Capability of the proposed method is demonstrated through several two-dimensional test cases.

  73. Dynamic non-equilibrium wall-modeling for large eddy simulation at high Reynolds numbers 査読有り

    Soshi Kawai, Johan Larsson

    PHYSICS OF FLUIDS　25　(1)　015105-1-015105-21　2013年1月

    DOI： 10.1063/1.4775363 　

    ISSN：1070-6631

    eISSN：1089-7666

  74. LESの壁面応力モデル：乱流長さスケール解析に基づく“log-layer mismatch”解決法の提案 招待有り 査読有り

    河合宗司, Johan Larsson

    ながれ　31　(2)　113-124　2012年4月

  75. コンパクト差分法を用いた圧縮性多成分流れの界面圧力/速度/温度平衡スキーム 招待有り 査読有り

    寺島洋史, 河合宗司, 越 光男

    ながれ　31　(2)　131-140　2012年4月

  76. Wall-modeling in large eddy simulation: Length scales, grid resolution, and accuracy 査読有り

    Soshi Kawai, Johan Larsson

    PHYSICS OF FLUIDS　24　(1)　015105-1-015105-10　2012年1月

    DOI： 10.1063/1.3678331 　

    ISSN：1070-6631

  77. High-Resolution Numerical Method for Supercritical Flows with Large Density Variations 査読有り

    Hiroshi Terashima, Soshi Kawai, Nobuhiro Yamanishi

    AIAA JOURNAL　49　(12)　2658-2672　2011年12月

    DOI： 10.2514/1.J051079 　

    ISSN：0001-1452

    eISSN：1533-385X

  78. A high-resolution scheme for compressible multicomponent flows with shock waves 査読有り

    Soshi Kawai, Hiroshi Terashima

    INTERNATIONAL JOURNAL FOR NUMERICAL METHODS IN FLUIDS　66　(10)　1207-1225　2011年8月

    DOI： 10.1002/fld.2306 　

    ISSN：0271-2091

  79. Improving Low-Frequency Characteristics of Recycling/Rescaling Inflow Turbulence Generation 査読有り

    Brandon Morgan, Johan Larsson, Soshi Kawai, Sanjiva K. Lele

    AIAA JOURNAL　49　(3)　582-597　2011年3月

    DOI： 10.2514/1.J050705 　

    ISSN：0001-1452

  80. Two-dimensional viscous flow simulation of a shock accelerated heavy gas cylinder 査読有り

    Santhosh K. Shankar, Soshi Kawai, Sanjiva K. Lele

    PHYSICS OF FLUIDS　23　(2)　024102-1-024102-13　2011年2月

    DOI： 10.1063/1.3553282 　

    ISSN：1070-6631

  81. A dynamic wall model for large-eddy simulation of high Reynolds number compressible flows

    Soshi Kawai, Johan Larsson

    CTR Annual Research Briefs 2010　25-37　2011年1月

  82. Wall-modeling in large eddy simulation: length scales, grid resolution and accuracy

    Johan Larsson, Soshi Kawai

    CTR Annual Research Briefs 2010　39-46　2011年1月

  83. Large-Eddy Simulation of Jet Mixing in Supersonic Crossflows 査読有り

    Soshi Kawai, Sanjiva K. Lele

    AIAA JOURNAL　48　(9)　2063-2083　2010年9月

    DOI： 10.2514/1.J050282 　

    ISSN：0001-1452

  84. Assessment of localized artificial diffusivity scheme for large-eddy simulation of compressible turbulent flows 査読有り

    Soshi Kawai, Santhosh K. Shankar, Sanjiva K. Lele

    JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS　229　(5)　1739-1762　2010年3月

    DOI： 10.1016/j.jcp.2009.11.005 　

    ISSN：0021-9991

    eISSN：1090-2716

  85. Dynamics and mixing of a sonic jet in a supersonic turbulent crossflow

    Soshi Kawai, Sanjiva K. Lele

    CTR Annual Research Briefs 2009　285-298　2010年1月

  86. Large-eddy simulation of jet mixing in a supersonic turbulent crossflow

    Soshi Kawai, Sanjiva K. Lele

    CTR Annual Research Briefs 2008　139-152　2009年1月

  87. Localized artificial diffusivity scheme for discontinuity capturing on curvilinear meshes 査読有り

    S. Kawai, S. K. Lele

    JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS　227　(22)　9498-9526　2008年11月

    DOI： 10.1016/j.jcp.2008.06.034 　

    ISSN：0021-9991

  88. Compact scheme with filtering for large-eddy simulation of transitional boundary layer 査読有り

    Soshi Kawai, Kozo Fujii

    AIAA JOURNAL　46　(3)　690-700　2008年3月

    DOI： 10.2514/1.32239 　

    ISSN：0001-1452

  89. Mechanisms of jet mixing in a supersonic crossflow: a study using large-eddy simulation

    Soshi Kawai, Sanjiva K. Lele

    CTR Annual Research Briefs 2007　352-365　2008年1月

  90. Localized artificial viscosity and diffusivity scheme for capturing discontinuities on curvilinear and anisotropic meshes

    Soshi Kawai, Sanjiva K. Lele

    CTR Annual Research Briefs 2007　83-95　2008年1月

  91. Time-series and time-averaged characteristics of subsonic to supersonic base flows 査読有り

    Soshi Kawai, Kozo Fujii

    AIAA JOURNAL　45　(1)　289-301　2007年1月

    DOI： 10.2514/1.24601 　

    ISSN：0001-1452

    eISSN：1533-385X

  92. Computational study of supersonic base flow using hybrid turbulence methodology 査読有り

    S Kawai, K Fujii

    AIAA JOURNAL　43　(6)　1265-1275　2005年6月

    DOI： 10.2514/1.13690 　

    ISSN：0001-1452

    eISSN：1533-385X

  93. Analysis and prediction of thin-airfoil stall phenomena with hybrid turbulence methodology 査読有り

    S Kawai, K Fujii

    AIAA JOURNAL　43　(5)　953-961　2005年5月

    DOI： 10.2514/1.11672 　

    ISSN：0001-1452

    eISSN：1533-385X

  94. Numerical analysis of first and second cycles of oxyhydrogen pulse detonation engine 査読有り

    S Kawai, T Fujiwara

    AIAA JOURNAL　41　(10)　2013-2019　2003年10月

    DOI： 10.2514/2.1891 　

    ISSN：0001-1452

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MISC 16

  1. 航空機における非定常剥離流れの高精度予測を実現する大規模LES解析技術の適用性検証

    弓取孝明, 田村駿, 今井和宏, 河合宗司

    三菱重工技報 新商品・新技術特集　62　1-7　2025年3月

  2. 高忠実な大規模非線形複雑流体データをどう活かすか 招待有り

    河合宗司

    日本機械学会 計算力学部門ニュースレター　71　16-19　2024年7月

  3. 高度な計算科学とデータ駆動科学の融合による航空機デジタルフライトで機体開発DXを促進 招待有り

    河合宗司

    計算工学ナビ　25　2-3　2023年9月

  4. 安定性と非散逸性を両立する圧縮性流体計算スキームと航空機全機LES解析 招待有り

    河合宗司

    計算工学　28　(3)　4643-4647　2023年8月

  5. 圧縮性流体LES基盤ソルバーFFVHC-ACE 招待有り

    河合宗司

    計算工学ナビ　23　6-6　2022年9月

  6. 安定・高忠実なKEEPスキームで実現する航空機開発の新たなイノベーション 招待有り

    河合宗司

    計算工学ナビ　23　2-3　2022年9月

  7. ビジョン「Fluid Mechanics 2030」～力学を基盤とするハブ学会～ 招待有り

    石本健太, 稲澤歩, 大西領, 河合宗司, 菊川豪太, 河内俊憲, 小紫誠子, 酒井雅晴, 杉本憲彦, 鈴木博貴, 平邦彦, 玉野真司, 長谷川洋介

    ながれ　40　(6)　434-448　2021年12月

  8. 航空工学における高忠実・大規模LESデータの可視化 招待有り

    河合宗司

    可視化情報学会誌　41　87-88　2021年10月

  9. 最新の圧縮性LES研究と｢富岳｣で航空機開発に第二のイノベーションを 招待有り

    河合宗司

    計算工学ナビ　20　6-6　2021年3月

  10. 実飛行レイノルズ数・航空機全機LES解析に向けて 招待有り

    河合宗司

    計算工学　26　(1)　4195-4199　2021年2月

  11. 実フライトレイノルズ数の空気力学に関する科学工学研究の側面 招待有り

    松尾裕一, 阿部浩幸, 河合宗司

    日本航空宇宙学会誌　67　(9)　304-309　2019年9月

    DOI： 10.14822/kjsass.67.9_304 　

  12. 超臨界圧下における擬沸騰を伴う乱流境界層現象と乱流モデリング 招待有り

    河合 宗司

    ながれ　38　(3)　186-194　2019年6月

  13. 航空機実高レイノルズ数流れに対するCFDの挑戦 招待有り

    今村太郎, 河合宗司

    日本航空宇宙学会誌　64　(4)　120-126　2019年4月

    DOI： 10.14822/kjsass.67.4_120 　

  14. 圧縮性流体のLarge-eddy simulationと航空宇宙分野への展望 招待有り

    河合宗司

    ながれ　37　(5)　481-486　2018年10月

  15. 〔竜門賞受賞記念解説〕高レイノルズ数流れにおける Large-eddy simulation の 壁面モデルに関する研究 招待有り

    河合宗司

    ながれ　35　(3)　207-2011　2016年6月

    出版者・発行元： 日本流体力学会

    ISSN： 0286-3154

  16. 流れのシミュレーション科学 招待有り

    河合宗司

    ISASニュース　1-3　2014年2月

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書籍等出版物 1

  1. 乱流工学ハンドブック（分担執筆）

    藤井孝藏, 河合宗司

    朝倉書店　2009年11月10日

    ISBN: 9784254231229

共同研究・競争的資金等の研究課題 12

  1. 「教師なし学習」人工的画像生成を応用した時間・空間粗解像LESモデリングへの挑戦

    河合 宗司

    2024年6月 ～ 2026年3月

  2. 航空機デジタルフライトが拓く機体開発DXに向けた実証研究

    河合 宗司

    2023年4月 ～ 2026年3月

  3. 流れの超解像再構成を活用した散逸・駆動モデリングによる超粗格子LESへの挑戦

    河合 宗司

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

    研究機関：Tohoku University

    2022年6月 ～ 2024年3月

  4. 高忠実・時空間大規模データから探る圧縮性剥離現象の物理法則とモデリング

    河合 宗司

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    2021年4月 ～ 2024年3月

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    研究初年度となる本年度は、申請者らが開発してきた高次精度・圧縮性流体解析コードとスーパーコンピュータ「富岳」を用い、衝撃波および壁面熱流束を伴う非平衡剥離乱流境界層現象の大規模直接数値解析を実施し、高忠実な複雑流体データベースを構築した。ここで実施した大規模直接数値解析結果は、今後のモデル開発における参照データともなるため、「富岳」を用いることで可能な限り高レイノルズ数条件の解析とした。また構築したデータベースを用いて、壁乱流に起因する比較的高周波な流体現象とは別に、剥離現象に起因すると考えられる比較的低周波で自励振動する衝撃波と剥離乱流境界層の非平衡流れに特に着目し解析を進めた。 また並行して、従来の理論的・統計量的な流れ現象解析に加えて、複雑な非定常大規模データからキーとなる本質的な流体挙動をどのように抽出し、物理メカニズムやそのモデリングに迫るかというデータ駆動型アプローチの方法論の研究にも着手した。ここでは、航空機の安全性に大きな影響を持つ高速飛行時における遷音速バフェット現象の高忠実なLESデータベースを用い、作用素入出力解析であるResolvent解析を応用したデータ駆動型の現象解析を実施した。Resolvent解析は流体現象における入出力関係を応用数学的に抽出できる特徴を持つことから、本解析により非線形性の強い複雑な流体現象解析においてデータ駆動的に有益な情報が抽出できる可能性を持つことが示された。

  5. 超臨界圧燃焼流れ場の高度デジタル予測に資する詳細反応機構-燃焼LES技術の開発

    寺島 洋史, 河合 宗司

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Hokkaido University

    2021年4月 ～ 2024年3月

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    超臨界圧燃焼流れシミュレーション(超臨界燃焼CFD)を実施するため，まず，熱，輸送物性，そして化学反応モデルに非理想性を考慮した流体物性モデルの開発を行った．非理想性を考慮した物性算出プログラムは，世界で標準的に使用される熱・輸送物性ライブラリChemkinと互換性を持つように設計し，任意反応機構を用いた超臨界燃焼CFD解析が可能となっている．特に本研究では，多くの関連研究で無視されてきた化学反応における非理想性を考慮したモデル構築を行った．化学反応における非理想性は，反応前後のギブス自由エネルギー変化をフガシティーで記述し，最終的には平衡定数の算出において考慮される．高圧水素火炎伝播実験と比較を行い，本モデルが実験で観測された質量燃焼速度の圧力負依存性を再現できることを示した．高圧条件においては，質量燃焼速度予測に理想気体モデルとの差が発生するが，この原因をJoule-Thomson(J-T)効果(エンタルピーの圧力依存性)で説明できることを提示した．例えばアルゴンで希釈されていれば，エンタルピーが負の圧力依存性を持つため，非理想モデルは，理想モデルに比べ低い層流燃焼速度および質量燃焼速度を予測する．J-T効果を用いた非理想性効果の議論はこれまでほとんどなく，本成果は，採択が約35%と競争的で知られている国際燃焼シンポジウムの口頭発表に採択されている．化学反応項LESモデル開発については，これまで開発してきた火炎モデル(LTF)をベースとし，火炎伸張を考慮したモデル拡張(LTF-Beta)を実施した．乱流平面火炎干渉場の解析を通して，wrinkled flame領域では，LTF-BetaがLTFに比べ直接数値解析に近い結果を予測できることを示した．異なる燃焼領域への適用や燃焼速度と火炎伸張率の線形モデルに対するさらなる理論考察が必要であり，継続して研究を実施する．

  6. 航空機フライト試験を代替する近未来型設計技術の先導的実証研究

    河合 宗司

    2020年4月 ～ 2023年3月

  7. 時空間操作を用いた詳細反応機構に基づく革新的乱流燃焼シミュレーションへの挑戦

    河合 宗司, 寺島 洋史

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Challenging Research (Exploratory)

    研究種目：Challenging Research (Exploratory)

    研究機関：Tohoku University

    2019年6月 ～ 2021年3月

  8. レイノルズ数効果の流体物理と内層乱流応力バランスモデリング

    河合 宗司, 下山 幸治

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    2018年4月 ～ 2021年3月

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    研究初年度となる本年度は、航空機やロケットなどの空力特性や安定性、さらには熱環境に重大な影響を及ぼす、剥離・再付着や加熱・冷却壁を伴う乱流境界層現象に対する詳細な流体現象メカニズムを解明することを目的とし研究を進めた。剥離・再付着や壁面熱流束を伴う乱流境界層現象の解明には、研究代表者らが開発している高次精度数値計算スキームに基づく圧縮性流体解析ソルバーを用いたlarge-eddy simulation（LES）を用いた。本年度は、計画しているレイノルズ数条件における比較的低いレイノルズ数条件について、なだらかな逆圧力勾配により剥離・再付着する平板乱流境界層、および冷却・加熱壁を伴う平板熱乱流境界層の高精度LESデータベースを構築した（比較的高いレイノルズ数条件についてもLES実施に向けたセットアップに着手している）。また構築したLESデータベースを用いて、乱流統計量や乱流構造の観点から平板乱流境界層剥離・再付着現象や熱乱流境界層現象の解析を行った。加えて、LESの壁面応力モデル（内層乱流応力バランスモデル）構築の観点から、対流項や圧力項、熱応力項成分と、粘性項やレイノルズ応力項成分の応力バランスを明らかにすべく解析を進めている。次年度に実施予定の比較的高いレイノルズ数条件でのLES解析と合わせて、剥離・再付着や熱流束を伴う乱流境界層現象に対するレイノルズ数効果やその内層乱流応力バランスモデリングにつながる知見が得られると期待している。また本研究では、不確かさを定量化したデータの統計的特徴を解析することで現象理解や物理モデルの構築を試みるというアプローチも試しており、動的サンプリングと次元縮約を組み合わせた不確かさの定量的評価手法を開発し、テスト問題および空力問題への適用を通して、本手法の有効性を検証した。

  9. 超臨界流体における熱力学物性・流体非線形相互干渉のダイナミクスと不確かさの定量化

    河合 宗司

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

    研究種目：Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

    2014年4月 ～ 2018年3月

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    本研究では、超臨界圧条件下における遷臨界乱流境界層の高精度シミュレーションを可能とする高次精度数値計算スキームを開発し、著者の知る限り初めて遷臨界平板乱流境界層のDNSに成功した。また独自に構築したDNSデータベースを解析し、キーとなる超臨界圧・遷臨界乱流境界層特有の熱力学物性と壁乱流との相互干渉現象の詳細や特異な乱流統計量を明らかにした。さらに乱流モデルの構築という観点からも本DNSデータベースを解析し、既存の乱流モデルの問題点を明らかにするとともに、超臨界圧・乱流境界層解析に適した密度変動効果を考慮する乱流モデルの提案に成功した。

  10. 支配方程式レベルで工夫する乱流混合・燃焼の高解像度モデリング

    河合 宗司, 寺島 洋史

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究機関：Tohoku University

    2015年4月 ～ 2017年3月

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    詳細反応機構に基づく実燃焼流問題のシミュレーションを可能とする高精度かつ堅牢な数値計算法の確立を目的とし研究を行った。人工的に火炎面を厚くすることで粗い計算格子でも火炎を解像できるようにするArtificially Thickened Flame(ATF)モデルのアイディアを基にし、独自の視点に基づく物理的に矛盾無く支配方程式レベルで工夫する理論を詳細反応機構に基づく燃焼流れに発展させた。また今後の本手法の高次精度計算手法への展開を考慮し、化学種の保存則を丸め誤差レベルで常に満足する高次精度陰的フィルタースキームの開発を行った。

  11. 不確かさの確率論的定量化法を用いたＬＥＳの非平衡壁面モデルの開発

    河合 宗司

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    研究種目：Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    2012年4月 ～ 2014年3月

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    航空機や宇宙機の性能に大きな影響を与える要因となる、高レイノルズ数剥離境界層流れを精度良く評価しうる、シンプルかつ物理ベースなLESの非平衡壁面応力モデルを確立した。提案したモデルは、剥離境界層の非平衡効果である対流項・圧力項・粘性項の各タームの寄与バランスを自動的に満たすモデルである。またKriging理論に基づく新たな不確かさの確率論的定量化手法を開発し、数値解析に含まれる様々な不確かさを定量化し、そのデータを解析することで、モデルの改良指針や流体現象の解明を試みるという、従来のアプローチとは異なる計算科学の展開を試みた。

  12. 高度CFD技術による非線形動的安定性予測法に関する研究

    河合 宗司

    2005年 ～ 2006年

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    前年度に開発し,超音速ベース流れや薄翼失速流れに対して適用し,その信頼性と有効性を確認した「LES/RANSハイブリッド手法」を利用して本年度は特に流れ場の変動特性や時間平均特性に着目しベース流れメカニズムの解明を行った.ベース面圧力の周波数解析を利用した時間変動特性の評価から,その変動が亜音速,遷音速,超音速の各速度域で全く異なるものであることを示し,ベース圧変動特性の要因となる支配的流れ現象を各速度域で明らかにした.また時間平均ベース圧はマッハ数の増加とともに減少するが亜音速,遷音速,超音速の各速度域でそれぞれ異なる特徴的変化を示すことや,その特徴的変化に各速度域の流れ場の変化が,どう影響を与えているかを明らかにした.これ等の成果は本年度2つの国際会議,1つの国内会議で受理され,発表を行い,ISAS Research Noteとしてまとめられ,来年度にAIAA Journalへ投稿予定である. また非線形動的安定性に大きな影響を与えると考えられる圧縮性境界層の乱流遷移流れ場構造の解明やその解析ツールの開発を行った.LES解析により圧縮性境界層のバイパス遷移解析を行い,実験データとの比較,計算パラメータの考察,遷移メカニズムの解明を行った.実験データとの比較や遷移メカニズムの3次元的な解析により,圧縮性遷移境界層の予測が可能であることや,3次元的な遷移メカニズムに至る渦構造を明らかにした.また遷移メカニズムと連結した格子解像度の考察より,必要となる格子解像度の指標を提示した.これ等の成果は来年度の国際会議で発表予定である.

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