2009 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, 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, 工学研究科, 准教授 (10262495)
芳松 克則 名古屋大学, 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21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)上で行なった乱流の大規模直接数値シミュレーション(DNS)のデータ解析を、とくに乱れの強い場所と弱い場所の違いに注目して行った。その解析によって、流線や渦線の曲率半径、管状の渦構造などの、渦度の強さおよびレイノルズ数への依存性を明らかにした。高波数領域の局所的エネルギースペクトルの解析から小さな渦同士の非線形のダイナミクスが全域的だけではなく局所的にも重要であるとの結果を得た。
(B)スペクトル法(フーリエ・チェビシェフタウ法)による平行二平板間乱流のDNSコードをES2用に新しく最適化し、格子点数1024x1536x1024、ノード数128において、ベクトル化率99.635%、並列化率99.976%を実現し、ES2の最大ノード数(128)の使用を可能にした。また、データ解析の結果、対数則領域において、主流方向の1次元エネルギースペクトルはコルモゴロフの理論における慣性小領域のスペクトルと矛盾しないものであるが、局所等方性が必ずしも成立していないことが分かった。
(C)乱流の持つ巨大な自由度の縮約手法として、Coherent Vortex Simulation(CVS)の方法を検討した。CVS手法と(i)フーリエスペクトルカットフィルターによって自由度を縮約したシミュレーション手法および(ii)スマゴリンスキーモデルを用いたラージエディシミュレーションの手法との比較を行った。(i),(ii)いずれとの比較においても、全体の10%程度の自由度しか保持しない場合、CVS手法の方が効率的であることが分かった。
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