2016 Fiscal Year Annual Research Report
Analytical assessment of energy transfer across scales in turbulence
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26420122
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
小林 宏充 慶應義塾大学, 法学部(日吉), 教授 (60317336)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 乱流 / 数値流体力学 / LES / 渦 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
乱流中に見られる渦構造は、断面が楕円形をしたバーガーズ渦で近似できることが知られている。乱流モデルの一種であるlarge-eddy simulationにおいて、モデルの高性能化を考えるために、直接計算を行わずとも、そのモデル化した項の振る舞いを理解し、モデル化への知見を得ることを目的としている。
そのような楕円形バーガーズ渦の周りにフィルタをかけることで、モデル化した項のその渦周りでのエネルギー輸送分布やテンソル、ベクトルレベルでの振る舞いについて検討を行った。今年度はNavier-Stokes方程式に現れるサブグリッドスケール（SGS）応力の作るSGS力について調べた。その結果、Smagorinskyモデルに代表される渦粘性モデルによるSGS力は楕円渦が作り出す回転する速度ベクトルとは反対方向に回転する力を与えることが分かった。つまり、渦粘性モデルは渦の回転を減速するように作用することが分かった。一方、相似則モデルと呼ばれるBardina項やClark項といった非線形は渦粘性モデルによる力とは垂直方向に作用し、渦粘性とは別の力を与えることが分かった。Clark項の作り出すSGS力は楕円渦の長軸方向外向き、短軸方向内向きで、真のSGS力と相関の高い力を与えるが、Bardina項は長軸短軸ともに外向きの力となることが分かった。
また、一様等方性乱流の計算を実行し、バーガーズ渦周りでの解析結果同様、細長い渦の周りではエネルギー順輸送と逆輸送の空間分布は四重極の分布となることを明らかにした。
さらに、本解析の知見を活かして、Clark項のみを用いたモデルを検討し、チャネル乱流において、良好な結果を得た。
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