2020 Fiscal Year Research-status Report

極めて高いレイノルズ数の非定常乱流解析実現に向けた課題の明確化とその解決策の提案

Research Project

Project/Area Number	19K12005
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	安倍賢一九州大学, 工学研究院, 教授 (20315104)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	計算力学 / 乱流モデル / LES / RANS / ハイブリッドモデル
Outline of Annual Research Achievements	今年度は，将来的に壁から離れた領域におけるSGSモデルの予測性能改善への方策を探るべく，幾つかのテストケースに対してLES及びLES/RANSハイブリッドモデル（HLRモデル）による計算を実施し，得られた結果を統計処理して詳細に検討した．具体的には，（１）検証用のバルクレイノルズ数40000のクエット乱流，（２）より高レイノルズ数条件としてバルクレイノルズ数100000のクエット乱流，について各々数種類の格子解像度を用いて計算を行った．クエット乱流は，テストケースとしてよく用いられるチャネル乱流とは異なり，中央付近でも乱れの収支において生成項と散逸項が主たるバランスを保つ局所平衡状態が維持されており，壁から離れた領域においてSGSモデルの性能を評価するうえで有用なテストケースであると考えられる．まずケース（１）については，同条件の直接シミュレーション（DNS）のデータとの比較・検討により，本シミュレーションの基本的な妥当性を確認した．次にケース（２）の結果を用いて，HLRモデルが適切に機能して妥当な予測結果が得られていることを確認した後，壁から離れた領域におけるSGS応力の分布を，アプリオリテストやアポステリオリテストを通して詳細に考察した．壁面近傍とは異なり，壁から離れた領域ではGS応力と比べてSGS応力の非等方性が弱い傾向が確認された．これはチャネル乱流でも見られた傾向ではあったが，今回局所平衡状態が維持されているクエット乱流の中央付近でも同様の傾向が見られたことから，一般的な傾向であることが考えられ，今後のがSGSモデルの精度改善において考慮すべき有用な知見が得られたと考えている．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 今年度は，昨年度の研究成果を英文ジャーナル論文に結びつけることができた．また，より詳細な乱流モデルの検討を行うための幾つかの非定常計算を実施し，詳細な考察を行うための統計量データを得ることができ，これらを用いて乱流モデルの性能評価を開始するに至った．
Strategy for Future Research Activity	得られた計算結果を詳細に検討し，より高精度の乱流モデル開発へとつなげていくことを目指す．また，当初の目的である「極めて高いRe数」を対象とする場合，必ずしも立方体格子を壁面近傍まで維持できないことも考えられるので，壁面近傍の格子のアスペクト比に対する乱流モデルの性能についてもより詳細に検討を進める予定である．
Causes of Carryover	（理由）当該年度においては，コロナ禍により参加予定であった国際会議が延期され，当初予定した海外出張や学会参加費が必要とならなかったために，結果的に繰越金が生じた．（使用計画）今回生じた繰越金については，次年度予算とあわせて今後予定しているより大規模な計算を実施するために必要となるスーパーコンピュータの使用料に充てる予定である．