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2015 Fiscal Year Annual Research Report

化学反応を伴う液相乱流に関する研究

Research Project

Project/Area Number 13J02531
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

渡邉 智昭  名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords乱流 / 化学反応 / 流体工学 / 混合
Outline of Annual Research Achievements

本研究は,(1)液相乱流における微小スケールの濃度拡散場および化学反応場の特性の解明と,(2)確率密度関数法に基づく反応性乱流に対する数値計算手法の構築を目的として行われている.以下に,本年度の研究の進捗について述べる.
研究目的(1)に関して,液相乱流中の物質拡散では拡散物質の分子拡散係数が小さく,乱流場と拡散場の構造の最小スケールに大きな差が生じる.そこで,自由せん断流れにおける物質拡散の直接数値計算 (DNS) を様々な分子拡散係数に対して行い,物質拡散場の分子拡散係数に対する依存性について調査した.その結果,乱流による流体の取り込みに伴う物質輸送において,乱流・非乱流領域間の界面層領域における乱流特性が重要となることが明らかとなった.また,界面層領域を通過する流体の運動の特性は界面内の位置によって大きく変化し,界面外層領域では粘性による渦拡散が,界面内層領域では小スケールの渦構造が取り込まれる流体の運動を支配することがわかった.また,様々な分子拡散係数に対して噴流拡散場のImplicit Large Eddy Simulation (LES) を行い,実験やDNSとの比較からImplicit LESの有効性を示した.
研究目的(2)において,計算粒子による反応場の計算とLESによる流れ場の計算を組み合わせた反応性乱流場の数値計算手法を提案した.この計算手法では,分子拡散の効果を適切にモデル化することが重要となる.そこで,空間的に分布する粒子群の相互作用を基にした分子拡散モデルを提案し,同モデルを用いた計算粒子とLESによる反応性乱流場の数値計算手法を噴流や格子乱流中の反応場へ適用した.計算結果を既存の実験結果などと比較することで,本計算手法により,様々な分子拡散係数に対して反応場の統計的特性を精度よく予測できることを実証した.

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (10 results)

All 2016 2015

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Large eddy simulation study of turbulent kinetic energy and scalar variance budgets and turbulent/non-turbulent interface in planar jets2016

    • Author(s)
      T. Watanabe, Y. Sakai, K. Nagata, Y. Ito
    • Journal Title

      Fluid Dynamics Research

      Volume: 48 Pages: 21407

    • DOI

      10.1088/0169-5983/48/2/021407

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Lagrangian properties of the entrainment across turbulent/non-turbulent interface layers2016

    • Author(s)
      T. Watanabe, C. B. da Silva, Y. Sakai, K. Nagata, T. Hayase
    • Journal Title

      Physics of Fluids

      Volume: 28 Pages: 031701

    • DOI

      10.1063/1.4942959

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] LES-Lagrangian-particles-simulation of turbulent reactive flows at high Sc number using approximate deconvolution model2016

    • Author(s)
      T. Watanabe, K. Nagata
    • Journal Title

      AIChE Journal

      Volume: Online Pages: 1, 11

    • DOI

      10.1002/aic.15261

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Conditional statistics in a planar liquid jet with a second-order chemical reaction2015

    • Author(s)
      T. Watanabe, Y. Sakai, K. Nagata, O. Terashima, T. Kubo
    • Journal Title

      International Journal of Heat and Mass Transfer

      Volume: 83 Pages: 768, 780

    • DOI

      10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.12.008

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] LES-Lagrangian particle method for turbulent reactive flows based on the approximate deconvolution model and mixing model2015

    • Author(s)
      T. Watanabe, Y. Sakai, K. Nagata, Y. Ito, T. Hayase
    • Journal Title

      Journal of Computational Physics

      Volume: 294 Pages: 127, 148

    • DOI

      10.1016/j.jcp.2015.03.038

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Turbulent mixing of passive scalar near turbulent and non-turbulent interface in mixing layers2015

    • Author(s)
      T. Watanabe, Y. Sakai, K. Nagata, Y. Ito, T. Hayase
    • Journal Title

      Physics of Fluids

      Volume: 27 Pages: 085109

    • DOI

      10.1063/1.4928199

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Characteristics of turbulent/non-turbulent interfaces in wakes in stably-stratified fluids2015

    • Author(s)
      T. Watanabe, J. J. Riley, S. M. de Bruyn Kops, P. J. Diamessis, Q. Zhou
    • Organizer
      68th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics
    • Place of Presentation
      Boston
    • Year and Date
      2015-11-22
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Investigation of Non-equilibrium Turbulence and Its Application to Flow Control2015

    • Author(s)
      Y. Sakai, K. Nagata, Y. Ito, K. Iwano, T. Hayase, T. Watanabe, Y. Zhou
    • Organizer
      15th International Symposium on Advanced Fluid Information
    • Place of Presentation
      Sendai
    • Year and Date
      2015-10-29 – 2015-10-29
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Relation between enstrophy production and geometry near the turbulent/non-turbulent interface in free shear flows2015

    • Author(s)
      T. Watanabe, C. B. da Silva, Y. Sakai, K. Nagata
    • Organizer
      15th European Turbulence Conference
    • Place of Presentation
      Dleft
    • Year and Date
      2015-08-25
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] On the dynamics of turbulent/non-turbulence interfaces in stably-stratified fluids2015

    • Author(s)
      J. J. Riley, T. Watanabe, S. M. de Bruyn Kops, P. J. Diamessis
    • Organizer
      Workshop on Fundamental Aspects of Geophysical Turbulence II
    • Place of Presentation
      Boulder,
    • Year and Date
      2015-08-05
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2016-12-27  

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