2008 Fiscal Year Annual Research Report
高いレイノルズ数の乱流における普遍性の計算科学的検証
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20340099
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
金田 行雄 Nagoya University, 大学院・工学研究科, 教授 (10107691)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石井 克哉 名古屋大学, 情報連携基盤センター, 教授 (60134441)
石原 卓 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (10262495)
芳松 克則 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教 (70377802)
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| Keywords | 乱流 / 高いレイノルズ数 / 直接数値シミュレーション / データ解析 / 統計的普遍性 / 平行2平板間乱流 / Wavelet / Coherent Vortex Simulation |
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| Research Abstract |
本研究の目的は計算科学的方法によって高いレイノルズ数の乱流の持つ統計的普遍性の定量的検証を行なうことである。平成20年度の主な成果は以下のとおりである。
(A)地球シミュレータ(ES)上で実現した乱流の大規模直接数値シミュレーション(DNS)データを名古屋大学の並列大型計算機システムに移行し、データ解析を行った。厳密な関係式として注目されているコルモゴロフの4/5則のレイノルズ数およびスケールへの依存性についてのこれまでの成果をまとめ、公表した。また、Wavelet手法に基づくデータ解析によって、乱流場とランダムな場の間欠性等の統計量の比較を行い、そのスケール依存性の違いを明らかにした。
(B)スペクトル法(フーリェ・チェビシェフタウ法)による、格子点数1024の3乗の平行二平板間乱流の高精度・高解像度かつ高効率なDNSをESの64ノード(512コア)を用いて実施し、壁摩擦速度に基づくレイノルズ数Reτ=2560(世界最大)の準定常状態を実現した。得られた乱流場の対数則領域の1次元エネルギースペクトルはコルモゴロフの慣性小領域のスペクトルと矛盾しないものであり、乱流実験データとも定量的によく一致することが示された。
(C)乱流の持つ巨大自由度の縮約手法として有望なCoherent Vortex Simulation (CVS)手法により3次元非圧縮性一様等方性乱流の数値計算を行った。一般にLESモデルでは、解像しないスケールの情報をモデル化しないと計算が破綻するけれども、CVS法によれば、無秩序成分を解像せず無視するだけであるにもかかわらず、エネルギースペクトルなどの統計量が良く再現されることが示された。
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