Investigation of statistics and dynamics of near-wall turbulence on the basis of exhaustive four-dimensional analysis

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16H04268
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Fluid engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Goto Susumu 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (40321616)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 乱流 / 秩序構造 / 渦 / 数値シミュレーション / ４次元解析 / エネルギーカスケード

Outline of Final Research Achievements

Developed turbulence is composed of the hierarchy of various-scale vortices. In this study, we have conducted direct numerical simulations of turbulence under several boundary conditions and developed extensive post-processing (i.e. the four-dimensional analysis) of the obtained numerical data. Then we have revealed the concrete picture and sustaining mechanism of the hierarchy of vortices in turbulence. More precisely, small-scale vortices in the region apart from a solid wall are sustained by being stretched by larger-scale vortices. We have also shown that the energy is transferred from larger to smaller scales through this vortex-stretching process.

Free Research Field

流体理工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

乱流は我々の身のまわりにありふれた流れである。したがって、乱流現象を予測あるいは制御することは、我々の生活に深く関わる種々のシステムで重要な課題である。ところが、乱流はその複雑さ故に、その維持機構といった基本的な性質でさえよく理解されていない。本研究課題では、スーパーコンピュータを用いた乱流の徹底的な解析を通じて、乱流の維持機構の詳細を「秩序構造の階層」に着目することで解明した。得られた描像は物理的にも明快であり、乱流の予測や制御に向けた今後の展開が期待できる。