2007 Fiscal Year Annual Research Report
固体粒子-微細要素渦間の直接相互作用について(乱流変調の理解に向けて)
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19760116
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
辻 拓也 Osaka University, 大学院・工学研究科, 助教 (90379123)
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| Keywords | 粒子系混相乱流 / 直接数値計算 / 乱流変調 / 埋め込み境界法 / 局所細分化格子 / 多重スケール構造 |
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| Research Abstract |
本年度は、来年度以降の本計算に向けた準備段階であり、主に以下のことを行った。
1.壁乱流中において生成される微細要素渦に対する粒子の影響を、主に数値解析により検討することを目的としており、粒子の影響を調べる以前に単相乱流において流れ場を高精度に再現する必要がある。本年度は、平行平板間発達単相乱流の並列計算コードを開発し、実際にこれを用いて計算を行いその精度を検証した。瞬時の渦構造や、乱流統計量などを文献値と比較し、十分な精度を持つことを確認した。
2.埋め込み境界法をベースとした粒子-流体系の全解像型直接数値計算手法の改良を行った。埋め込み境界法は、そのコンセプトから計算領域全域において高い解像度が必要となる。本研究では、埋め込み境界法と局所的に解像度を高くすることができる局所細分化格子を組み合わせることにより、比較的低いコストで粒子周りなどの急峻な変化が存在する領域を選択的に高精度に解像する新しい粒子-流体カップリングコードを開発した。実際に開発したコードにより、一様流中や発達した乱流中に固定した粒子周りの流れの計算を行い、その精度と計算コストについて検証を行った。その結果、オリジナルの埋め込み境界法よりはるかに少ない計算時間及びメモリ量で計算が可能であり、粒子後流などの粒子スケールで現れる流れの構造を高精度に捉えられることを確認した。
3.粒子・乱流要素渦間の直接的な相互作用についての知見を深めるために、乱流要素渦のモデルとして知られるバーガーズ渦近傍を落下する固体粒子周りの流れ場について直接数値計算を行い、渦挙動に対する粒子の影響を観察した。バーガーズ渦の強度は、渦からの粒子の距離に依存して大きく変化し、特に渦軸近傍を粒子が沈降した場合は、粒子後流が渦に巻き込まれ、これにより渦強度が増幅されることを確認した。また、この際極めて特徴的な渦構造が形成されることを確認した。
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