2014 Fiscal Year Annual Research Report
壁面近傍の渦構造特性を反映させた非定常複雑乱流解析用高性能乱流モデルの構築
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24560197
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
安倍 賢一 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20315104)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 数値流体力学 / 乱流モデリング / ラージ・エディ・シミュレーション / LES/RANSハイブリッドモデル / 非等方ＳＧＳモデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の一連の研究を通して，主に以下のような研究成果が得られた．
１．従来のLESで用いられているSGSモデルの評価により，高精度化には壁面近傍の乱流構造の反映が不可欠であることが明らかとなった．そこで，スケール相似則モデルの特徴を反映させることにより，従来の等方SGSモデルと比べて粗い格子でも高い予測精度を維持できる新しい非等方SGSモデルを開発した．
２．LES/RANSハイブリッドモデルのLES領域に新たに開発した非等方SGSモデルを適用することにより，LES領域を従来よりも壁面近傍に広げることができるようになった．このモデルを翼周り流れや簡易車体形状物体周り流れに適用し，従来モデルよりも格子依存性が低い計算結果を得ることが可能となった．
３．新たに開発した非等方SGSモデルが粗い格子でも従来モデルより予測精度が向上する理由を明確にするために，まずチャネル乱流のシミュレーションによって得られた壁面近傍の乱流構造について，非等方項を付けた場合と付けない場合の計算結果を比較した．その結果，非等方SGSモデルの非等方項は壁面近傍の乱流構造の活動を強める能力があり、その効果により壁水平方向格子解像度が粗い場合でも予測精度を大幅に向上させたことが明らかとなった．
４．非等方SGSモデルが実際のSGS応力（真の値）をどのように再現するのかについて検討した．チャネル流れのDNSデータを用いて，代表的なSGSモデルのアプリオリテストの結果と本モデルの結果を比較した．一般的な線形モデルでは全体的にSGS垂直応力を正確に再現できなかったのに対して，スケール相似則モデルの効果を取り入れた非等方SGSモデルでは垂直成分まで含めてSGS応力をより適切に再現でき，SGS応力の非等方項はSGS応力をより適切に予測する能力を持つことが明らかとなった．
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