ラージ・エディ・シミュレーションの工学における複雑乱流への応用

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04452139
• Research Institution: University of Tokyo
• Principal Investigator: 小林 敏雄 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (50013206)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大島 まり 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (40242127) ; 森西 洋平 名古屋工業大学, 機械工学科, 講師 (40222351) ; 谷口 伸行 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10217135)
• Keywords: 乱流数値解析 / ラージ・エディ・シミュレーション / Dynamic SGSモデル / 有限要素法 / 流出速度境界条件 / 平面乱流噴流 / 流れの画像表示

Research Abstract

乱流の基礎研究においてはLESにかわって近似モデルを用いない直接シミュレーション(DS)が試みられつつあり、LESに対してはDSを適用できない複雑な流れ場の解析手段としての有用性が注目される。そこで、本研究では工学における複雑な乱流場へのLESの応用に際して、基本的な課題について検討し、また、比較的複雑な流れ場への適用を試みている。本年度は当初計画した基礎的課題から以下のように研究を進めた。[A1]LESで用いられる空間フィルタとサブグリッド(SGS)モデルについて比較検討し、特に、複雑な流れ場解析に適すると考えられるDynamic SGSモデルの定式化と基礎的な数値検証を得た。[A4]流出境界に対して対流方程式基づく速度境界条件を提案し、数値安定性に及ぼす影響を検証した。また、圧力境界条件の適合性についても検討した。[A5]複雑流れ場の解析に有効と考えられる有限要素法を用いてLESを定式化し、解析精度や計算条件などの基礎的検証を行った。また、工学的流れ場へのLES応用としては、解析対象に[B2]平面乱流噴流を取り上げた。LES結果は噴流に特有の乱流構造の解析に有効であることが検証された。この課題において従来より問題とされてきた数値不安定について、基礎的研究[A4]の成果に基づき大きな改善が得られ、工学的な観点からも複雑形状へのLES応用の可能性が広げられた。各課題の数値検証においては、[B3]3次元非定常流れ場の画像表示をオンライン・ディスプレイ上で利用して研究の効率を高めることができた。また、課題[B2]において生成されたデータベースからアニメーション表示の応用事例を示した。

Research Products

• [Publications] 小林敏雄: "LESによるはく離乱流の数値的研究" 東京大学生産技術研究所報告. 38-3. 53-93 (1993)
• [Publications] T.Kobayashi: "Comparison of turbulence models applied to backward-facing step flow by LES data base" Proc.2nd Int.Symp.on Engg.Turbulence Modelling and Measurements. 133-142 (1993)
• [Publications] 森西洋平: "2次精度半陰的Splitting法のLESへの導入" 日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集. 930-49. 133-135 (1993)
• [Publications] 戴毅: "平面乱流噴流LESの計算手法の構成" 日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集. 930-49. 136-138
• [Publications] Y.Dai: "Large eddy simulation of a plane turbulent jet flow" Proc.of the 5th Int.Symp.on Computational Fluid Dynamics. 1. 143-147 (1993)
• [Publications] 松宮〓: "三次精度風上差分法による二次元円柱まわり流れの数値シミュレーション" 日本機械学会論文集(B編). 59. 2937-2943 (1993)
• [Publications] 戴毅: "新たな速度流出境界条件による空間発達平面乱流噴流のLES" 日本機械学会全国大会講演論文集C. 930-63. 63-64 (1993)
• [Publications] 小林敏雄: "バックステップ流れにおける乱流モデルの比較" 日本機械学会論文集(B編). 59-567. 71-78 (1993)
• [Publications] T.Kobayashi: "Estimation of anisortropic k-ε model on the backward-tacing step flow by LES data base" Journal of Wind Enginerring and Industrical Aerodynamics. 46 & 47. 77-84 (1993)
• [Publications] 富樫盛典: "一般座標系を用いた円管内乱流のLES" 第7回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 287-290 (1993)
• [Publications] 小林敏雄: "LES乱流モデリングの動向" 生産研究. 46-2. 53-59 (1994)
• [Publications] 小林敏雄: "有限要素法によるチャンネル乱流のLES" 生産研究. 46-2. 111-114 (1994)
• [Publications] 戴毅: "平面乱流噴流の組織的構造の数値シミュレーション" 生産研究. 46-2. 135-138 (1994)
• [Publications] 森西洋平: "準剛体回転成層流の数値解析手法" 日本機械学会論文集(B編). (1994掲載予定). (1994)