2020 Fiscal Year Annual Research Report
A laminar-turbulent transition model for various flow fields based on a mathematical model
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18K04556
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
久谷 雄一 東北大学, 工学研究科, 助教 (00794877)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 数値流体計算 / 層流-乱流遷移予測 / Directed Percolation |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，流れ場の種類によらずチューニングフリーに層流-乱流遷移を予測する数値流体計算モデルの構築を目指している. 既存の遷移予測モデルは経験則から得られた多数の臨界係数によってチューニングが施されており，どんな流れ場に対しても予測精度が保証されているというわけではない．そこで本研究が注目しているのがDirected Percolation (DP) と呼ばれる数理モデルであり，近年，先行研究により乱流遷移とDP理論のアナロジーを示す結果が報告され始めている．
研究開始当初の予定では既存遷移モデルの一部をDP理論によるモデルに置き換える予定であったが，研究を進める上でベースとなる既存遷移モデルの予測精度自体が十分でないことがわかり，過去二年間はDPの遷移臨界指数と流体物理量の繋がりを見出すための高精度数値計算の準備を進めるとともに，ベースとなる既存遷移モデルの改善を進めてきた．昨年度までに構築された遷移予測モデルはγ-SSG/LRR-ω RSM遷移モデルと呼ばれ，既存手法の延長ではあるが，他の既存手法と比較して二次元流れ場に対して多くの点で改善が見られるモデルとなった．本年度は航空機主翼のような三次元流れ場を考慮してさらにγ-SSG/LRR-ω RSM遷移モデルを展開し，三次元流れ場においても遷移予測性能を大幅に向上させた．
一方でDP理論と遷移現象を結びつける普遍的な物理量 (局所的なレイノルズ数) を見出すための高精度数値計算も行った．しかしこちらは現時点ではまだ解析途中となっており，遷移モデル構築に繋がるような物理量の発見には未だ至っていない．科学研究費助成期間としては今年度で終了となるが，今後も計算結果の解析を続け当初からの目標としているDP理論を基にした遷移予測モデルの構築を目指して研究を続ける予定である．
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