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環状空間内三次元乱流自然対流の直接数値計算およびその実験による検証

研究課題

研究課題/領域番号 01550181
研究種目

一般研究(C)

配分区分補助金
研究分野 熱工学
研究機関九州大学

研究代表者

福田 研二  九州大学, 工学部, 教授 (90117234)

研究分担者 三木 健臣 (三木 康臣)  九州大学, 工学部, 助手 (90209734)
近藤 哲也  九州大学, 工学部, 助手 (00162107)
研究期間 (年度) 1989 – 1990
研究課題ステータス 完了 (1990年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
1990年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
1989年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードラ-ジ・エディ・シミュレ-ション / LES / DNS / 自然対流 / 乱流 / 液体金属 / 流体金属 / 乱流自然対流 / 直接数値計算 / ダイレクトシミュレ-ション
研究概要

1.環状空間内乱流自然対流実験装置を制作し、作動流体として空気を用いて実験を行った。また、実験にあわせて、直接数値計算(DNS)を行い両者を比較した。その結果以下のことがわかった。(i)平均温度分布、平均ヌセルト数あるいは局所ヌセルト一数等、平均的諸量については、計算は実験を精度良く再現できる。(ii)高レイリ-数域では、格子巾よりも小さい渦構造が存在すると考えられるが計算で把えることはできず、それによる誤差が発生する。これは乱流量を過大評価する方向に働いている。
2.プラントル数が小さい場合(Pr=0.02)のDNSを行った。Pr→0の極限では流れ場は不定になる。従って、安定な分布が得られる迄の計算時間は、Pr【approximately equal】1の場合と比べて数倍長くかかった。更に計算格子分割に対する要求も厳しくなるので、DNSは非常に困難であった。また計算と同じ条件で実験を行い両者を比較した。Ra=39000の場合の結果より次のことがわかった。本条件では条分乱れは高波数域にまで広がっているにもかかわらず、大きなスケ-ルの渦も残っており、計算においては広範なスケ-ルの渦を把える必要があり、DNSには
3スマゴリンスキ-・モデルを用いたラ-ジ・エディ・シミュレ-ション(LES)コ-ドを作成しRa【less than or equal】1.18×10^9、Pr【approximately equal】0.7の範囲で計算を行った。これをDNSの結果や、種々の実験結果と比較した。これより次のことがわがった。DNSではRa【approximately equal】10^7位迄は計算可能であるが、高波数領域にエネルギ-が蓄績する傾向があり乱流量に関する結果は信頼性に乏して。また、Raが高い場合は計算が発散してしまう。一方、DNSは10^9以上で計算が可能であり、高波数域での特性も良好であった。更に、あらゆる入手できる実験結果と比較しLESの妥当性を確認

報告書

(3件)
  • 1990 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1989 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (21件)

  • [文献書誌] 守田 幸路: "水平環状空間内非定常3次元自然対流,(III) 乱流自然対流の直接数値シミュレ-ション" 日本原子力学会誌. 32. 719-727 (1990)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kenji Fukuda: "Analytical and Experimental Study on Turbulent Natural Convection in a Horizontal Annulus" International Journal of Heat and Mass Transfer. 33. 629-639 (1990)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 三木 康臣: "時間フィルタ-法によるBurgers方程式の時間積分" 九州大学工学集報. 63. 481-487 (1990)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 谷口 昇: "水平環状空間内自然対流のDNSとLESによる数値シミュレ-ション" 日本機械学会 第3回計算力学講演会講演論文集. 900ー69. 161-162 (1990)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 谷口 昇: "LESによる水平環状空間内乱流自然対流の数値解析" 日本機械学会. 6 (1992)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kenji Fukuda: "Large Eddy Simulation and Direct Numerical Simulation of Turbulent Natural Convection in Horizontal Annulus" International Journal of Heat and Mass Transfer. (1993)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kouji MORITA: "Unsteady Three-Dimensional Behavior of Natural Convection in Horizontal Annulus, (III) Validity of Direct Numerical Simulation of Turbulent Natural Convection" Journal of the Atomic Energy Society of Japan. 32. 719-727 (1990)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kenji FUKUDA: "Analytical and Experimental Study on Turbulent Natural Convection in a Horizontal Annulus" International Journal of Heat and Mass Transfer. 33. 629-639 (1990)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yasutomi MIKI: "On Integration of the Time-Filtered Linearized Burgers Equation" Technology Reports of Kyushu University. 63. 481-487 (1990)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Noboru TANIGUCHI: "Direct- and Large Eddy Simulation of Natural Convection in a Horizontal Annulus" Proceedings of 3rd JSME Meeding on Numerica Simulation. 900-69. 161-162 (1990)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Noboru Taniguchi: "Large Eddy Simulation of Turbulent Natural Convection in Horizontal Annulus" Trans. of Japan Society of Mechanical Engineers. (1992)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kenji FUKUDA: "Large Eddy Simulation and Direct Numerical Simulation of Turbulent Natural Convection in Horizontal Annulus" International Journal of Heat and Mass Transfer. (1993)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1990 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 守田 幸路: "水平環状空間内非定常3次元自然対流,(III)乱流自然対流の直接数値シミュレ-ション" 日本原子力学会誌. 32. 719-727 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] Kenji Fukuda: "Analytical and Experimental Study on Turbulent Natural Convection in a Horizontal Annulus" International Journal of Heart and Mass Transfer. 33. 629-639 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] 三木 康臣: "時間フィルタ-法によるBurgers方程式の時間積分" 九州大学工学集報. 63. 481-487 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] 谷口 昇: "水平環状空間内自然対流のDNSとLESによる数値シミュレ-ション" 日本機械学会 第3回計算力学講演会講演論文集. 900ー69. 161-162 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] 谷口 昇: "LESによる水平環状空間内乱流自然対流の数値解析" 日本機械学会. 6 (1992)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] Kenji Fukuda: "Large Eddy Simulation and Direct Numerical Simulation of Turbulent Natural Convection in Horizontal Annulus" International Journal of Heat and Mass Transfer. (1993)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] 守田幸路: "水平環状空間内非定常3次元自然対流(III)乱流自然対流の直接数値シミュレ-ションの妥当性" 日本原子力学会誌.

    • 関連する報告書
      1989 実績報告書
  • [文献書誌] Kenji Fukuda: "Analytical and Experimental study on Turbulent Natural Convection in a Horizontal Annulus" Int.J.Heat and Mass Transfer.

    • 関連する報告書
      1989 実績報告書
  • [文献書誌] Rao Yanfei: "Stabilities of Natural Convection in Horizontal Porous Annuli" J.Engineering Thermophysics. 10-4. 412-416 (1989)

    • 関連する報告書
      1989 実績報告書

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公開日: 1989-04-01   更新日: 2016-04-21  

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