1998 Fiscal Year Annual Research Report
剥離を伴う流れと熱伝達の直接シミュレーションおよび乱流モデルの構築に関する研究
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09650218
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| Research Institution | TOHOKU UNIVERSITY |
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Principal Investigator |
太田 照和 東北大学, 大学院工学研究科, 教授 (00006678)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉川 浩行 東北大学, 大学院工学研究科, 助手 (40221668)
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| Keywords | 剥離流れ / 再付着流れ / 乱流熱伝達 / 直接シミュレーション / 乱流モデル / 鈍頭平板 |
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| Research Abstract |
鈍い前縁を有する平板まわりの剥離と再付着を伴う流れおよび熱伝達に関する直接数値シミュレーションを、さらに、レイノルズ数が11600,50000の場合についてはDynamic Smagorinsky Model(DSM)を用いたLarge Eddy Simulation(LES)を行ってきた。得られた結果を要約すると次のようになる。
1. 二次元流れにおいては、レイノルズ数1000、プラントル数0.7の場合についてシミュレーションを行い、せん断層の巻き上がりによって渦が生成され、合体・成長しながら大規模渦へと成長し、再付着領域よりほぼ周期的に放出される。瞬間ヌセルト数の極大値は大規模渦構造の下部で生じる。
2. 時間平均再付着点のわずかに上流に時間平均ヌセルト数の最大値が存在する。
3. 瞬間ヌセルトの極大値は、その位置が下流に移動しながら増加し、再付着点近傍で最大値に達した後、下流に移動しながら減少する。
4. 三次元流れに関しても、1と同一条件のもとでシミュレーションを行い、せん断層の巻き上がりによって渦が生成され、合体・成長しながら三次元的な大規模渦へ生長し、比較的低いレイノルズ数にもかかわらず強い三次元性を示し、放出された渦はヘアピン構造で熱輸送機構に大きく寄与する。
5. 二次元シミュレーションではスパン方向流れが無視されることにより、渦の影響が過大に評価され、変動量を大きく見積もるが、三次元シミュレーションにより、それらは大幅に改善され、実験値との一致も良好なものとなる。
6. 平均ヌセルト数の最大値位置は時間平均再付着点と一致し、そこではヌセルト数のrms値が極大値を示す。
7. 大規模渦が存在する位置で瞬間ヌセルト数は極大値を示し、渦の移動とともにその極大位置も下流に移動し再付着点近傍で最大値に達し、下流に向かい減少する。
8. 高レイノルズ数におけるLESの結果は上述の流れと熱伝達の詳細を確認し、実験結果と良く一致する。
9. DSMは剥離と再付着を伴う複雑な流れ場および温度場を高精度で予測できる。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] 岡本隆太・太田照和: "鈍頭平板周りのはく離・再付着乱流のLarge Eddy Simulation" 日本機械学会論文集B編. 63・605. 175-181 (1997)
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[Publications] 岡本隆太・太田照和: "鈍頭平板まわりの乱流熱伝達のLarge Eddy Simulation" 日本機械学会論文集B編. 63・608. 1344-1350 (1997)
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[Publications] M.Nakajima, T.Ota et al.: "Numericarl Simulation of Unsteady Flow and Heat Transfer around a Surface Step" Transport Phenomena in Thermal Sci.& Process Eng.233-237 (1997)
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[Publications] 太田照和・中島円 他: "平面上突起物まわりの二次元非定常流れと熱伝達の数値解析" 日本機械学会論文集B編. 64・617. 226-231 (1998)
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[Publications] M.Nakajima & T.Ota: "Numerical Simulation of Three Dimensional Unsteady Flow and Heat Transfen around a Surface-Mounted Hexahedron in a Channel" Heat Trandsfer1998.Proc.11th IHTC. 3. 133-138 (1998)
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[Publications] 中島円・柿岡英樹・太田照和: "流路内突起物まわりの流れと熱伝達に関する三次元数値解析" 日本機械学会論文集B編. 64・628. 4116-4121 (1998)
