LESとDNSを用いた壁乱流の微細構造の解析とモデリングおよび乱流制御

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04452141
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 三宅 裕 大阪大学, 工学部, 教授 (50029005)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 板東 潔 大阪大学, 工学部, 助教授 (70156545)
• Keywords: LES / DNS / 壁乱流 / 乱流モデル / 乱流制御 / 縦渦 / 波状流路間乱流 / 円形噴流

Research Abstract

壁乱流については,高精度のLES(Large Eddy Simulation)によるデータベースに対して条件付きサンプリングを行うことにより,縦渦は回転方向が流れ方向に交互に異なる縦渦列を基本構造とし,さらにその縦渦列は上流側に再生することを明かにした。また,平行平板間乱流の一方に周期的吹出しと吸込みを与えた波状流路に対するDNS(直接数値シミュレーション)のデータベースを用いてk-εモデルを検証する計算を行い,履歴効果を有する乱流場における等方渦粘性表示の不備を示した。
乱流制御については,平行平板間乱流で一方が正弦的に振動する壁面を有する溝乱流のDNS,および円形噴流に初期擾乱を加えたDNSにより,これらの振動,擾乱が乱流構造に及ぼす影響を調べた。その結果,円形噴流に対してはヘリカルモードの擾乱は軸対称モードの擾乱に比べ,乱流構造の発生は早く,またその構造は軸対称モードより長く維持されることが明らかとなり,乱流制御さらには空力騒音の制御に対する可能性を示した。また空力騒音の数値シミュレーションに対する最近の進歩に関する解説を行い,LESやDNSを用いると,物理実験では困難な乱流構造と音の放射機構の解明が可能となる幾つかの報告例を示した。
LESやDNSの適用が困難な実用的な流れ場に対しては,k-εモデル,高次k-εモデル,一方程式モデル等の乱流モデルに対する適用条件や限界を明かにする解説を行い,一点完結モデルではなく遠方効果を取り入れたモデル(Ellipticモデル)が必要であることを示した。擬似圧縮性法による計算法については,擬似圧縮性パラメータを流れ場に応じて変化させることによる,非圧縮性流れ計算の高速化,高精度化を示した。

Research Products

• [Publications] 三宅 裕,宇城竜介,森川健志: "壁近傍の縦渦の再生について" 第26回乱流シンポジウム講演論文集. 164-167 (1994)
• [Publications] 川西芳和,三宅 裕,辻本公一: "波状流路における乱流モデルの検討" 第8回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 325-328 (1994)
• [Publications] 高橋仁之,三宅 裕,辻本公一: "振動する壁面を有する溝乱流の直接数値シミュレーション" 日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集. 940-53. 363-364 (1994)
• [Publications] Y.,MIYAKE,K.,TSUJIMOTO and H.,BEPPU: "DNS of Turbulent Flow in a Wavy Channel" Proc.Int.Symp.Turb.Heat Mass Transf.Lisbon,Aug9-12. II. 18.3.1-18.3.6 (1994)
• [Publications] 三宅 裕,板東 潔,竹末研一,太田貴士: "円形噴流の数値シミュレーション" 日本機械学会論文集(B編). 60-574. 2022-2029 (1994)
• [Publications] 三宅 裕,板東 潔: "空力騒音の数値シミュレーション" 機械の研究. 46-12. 1207-1216 (1994)
• [Publications] 有水 博,板東 潔,三宅 裕: "擬似圧縮性法についての考察" 日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集. 940-53. 359-360 (1994)
• [Publications] 三宅裕: "CFDの最近の進歩と将来展望(2)-低次乱流モデルの最近の研究-" ターボ機械. 23-3. 133-139 (1995)