2016 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of sustaining mechanism and development of prediction methods for turbulence of melting fluid by using simulation technology
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26420104
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
太田 貴士 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (10273583)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 乱流 / 溶融 / 非ニュートン粘性流体 / 熱対流 / 直接数値シミュレーション / ラージエディシミュレーション / データベース |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液体金属流れを想定して、固体相から溶融しつつある境界層および固体相に凝固しつつある境界層中に生じる乱流の発生維持機構を解明し、乱流構造の特徴に基づく乱流モデルの開発と改良を実現する。さらに、境界層内で相変化が発生する流体現象における乱流組織構造も含めた応用範囲を想定した壁乱流の維持、変調メカニズムを解明して、各種流れ場に特有の乱流遷移条件、乱流摩擦抵抗、熱伝達特性を予測するためのモデルを開発することを目指した。
これまでの研究成果として、独自に開発した乱流の高精度直接数値シミュレーション技術を発展させて、温度変化によって粘度特性が変化する半溶融層を伴う乱流境界層を再現する直接数値シミュレーションを実現し、再現結果をまとめた乱流データベースを構築した。さらに、固体相が溶融する際に、乱流組織構造の独自挙動によって、乱流生成が促進されて、乱流拡散効果が増大することを発見した。また、凝固する際には、凝固速度によって、乱流が再層流化する可能性があることがわかった。
前年度においては、複雑現象を含んだ乱流境界層の直接数値シミュレーションによる再現と乱流データベース構築を継続しつつ、乱流モデルの開発のために、主に、解析対象へのダイナミックモデルの適用の可能性を調べた。その結果、ある程度の予測精度を確かめたが、その他のモデルに対する明確な精度上の優位性を証明できなかった。ただし、壁面摩擦速度のように、壁表面の相変化の条件によっては見積もることが原理的に困難なパラメーターを必要としないことから、ダイナミックモデルの機構上の優位性があることが検証計算によって確かめられた。さらに、壁面の局所的状況に依存しない乱流モデルの利用の有用性に期待できることが示せた。
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