乱流輸送現象のモデリンと数値解析法

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01613002
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小林 敏雄 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (50013206)
• 研究分担者: 水谷 幸夫 大阪大学, 工学部, 教授 (80028993) ; 長野 靖尚 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (20024325) ; 高城 敏美 大阪大学, 工学部, 教授 (40029096) ; 鈴木 健二郎 京都大学, 工学部, 教授 (00026064) ; 吉澤 徴 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (60011649)
• キーワード: 乱流モデル / 乱流輸送現象 / 圧縮性乱流モデル / MHD乱流モデル / 非等方kーepsilonモデル / 乱流熱流束代数モデル / 温度場2方程式モデル / 燃焼反応モデル

研究概要

(1)循環流、旋回流、剪断混合、圧縮性等を伴なう複雑乱流現象のモデリングを統計理論の側面から見直すことによる乱流モデルの普遍化、(2)分散相の存在、電導性、相変化現象などと乱流との複合現象を記述することのできる適切なモデルの提案および(3)精度の高い実験結果との比較によるモデル検証を共通のテーマとして総合的に研究を進めた。各分担課題の主な成果は次のとおりである。
課題1“乱流の統計理論とモデリング"においてはMKD4方程式モデルと3方程式圧縮性乱流モデルを開発し、前者により核融合プラズマの巨視的運動を明らかにし、後者によって従来のモデルでは扱い得なかった衝撃波と乱流の干渉機構をモデルに組み込むことに成功した。課題2“複雑乱流モデリングと数値解析"では、低レイノルズ数型非等方kーepsilonモデルとLESにおける流れ場依存型Subgrid乱流モデルを開発し、前者によって乱流諸量の壁面漸近挙動の正確な予測が、後者によって剥離乱流の高精度予測が可能であることを示した。課題3“複雑乱流における乱流輸送現象のモデリングと数値解析"においては乱流熱流束代数式モデルを開発し、これと代数応力乱流モデルとの組み合わせによって液体金属乱流の熱伝達率の予測に有効であること、旋回により生じる流線の曲がりの影響を組み込んだ応力FLUXモデルによって熱を伴なう旋回乱流の予測が可能になること、温度場2方程式モデルを開発しこれと低レイノルズ数型非等方k周epsilonモデルとの組み合わせによって任意壁温の伝熱面からの乱流輸送現象の高精度予測が可能であること、固液混相の乱流において固相の沈降によって液相に生じる乱流応力のモデルの提案によって開水路浮遊砂流の速度分布予測が可能となったことが示された。課題4“乱流燃焼のモデリングと数値予測"においては、乱流混合の特性時間と化学反応の特性時間の比に依存する燃焼反応モデルを構築し乱流予混合火炎の微細構造の予測に成功した。

研究成果

• [文献書誌] 谷口伸行: "ヴォロノイ分割を用いた有限体積法による流れ場計算手法の講成" 日本機械学会論文集B. 55. 1324-1328 (1989)
• [文献書誌] 小林敏雄: "非圧縮性流れの大規模数値解析とその可視化" 日本機械学会誌. 92. 492-497 (1989)
• [文献書誌] 小林敏雄: "流体計算の発展とスーパコンピュータ" Nikkei Datapro Books VII. 53-64 (1989)
• [文献書誌] 小林敏雄: "大規模乱流解析における課題" 流体解析システム研究会第1回計算流体力学シンポジウム講演論文集. 1-5 (1989)
• [文献書誌] N.Taniguchi: "Finite Volume Method on Unstructural Grid System" Int.Symp.Comp.Fluid Dyn.,NAGOYA. 64-69 (1989)
• [文献書誌] Y.Morinishi: "Large Eddy Simulation of The Complex Flow Fields" Int.Symp.comp.Fluid Dyn.,NAGOYA. 227-232 (1989)
• [文献書誌] K.-J.Oh: "Numerical Calculations of the Viscous Flow over the Ship Stern by Fully Elliptic and Partially Parabolic Navier-Stokes Equations" Proc.5th Intn.Conf.on Numerical Ship Hydrodynamics. Part1. 134-142 (1989)
• [文献書誌] T.Nagafuji: "3-D Flow Analysis in the Runner and the Distributor of Francis Turbines" GAMM Workshop Lausanne 1989 Paper. (1989)
• [文献書誌] T.Kabayashi: "Applications of LES to Complicated Flow Fields" Proc.Int.Seminar Supercomputing in Fluid Flow. (1989)
• [文献書誌] 谷口伸行: "一般座標系有限体積法による自動車まわり流れの数値シミュレーション" 日本機械学会論文集B. 55. 3026-3032 (1989)
• [文献書誌] 明賢國: "新たなkーepsilon乱流モデルとその応用" 第39回応用力学連合講演会予稿集. 241-244 (1989)
• [文献書誌] 森西洋平: "二層モデルによるLESの人工的壁面境界条件" 第39回応用力学連合講演会予稿集. 257-360 (1989)
• [文献書誌] 谷口伸行: "有限体積法による非構造型格子での流れ場解析" 第39回応用力学連合講演会予稿集. 263-266 (1989)
• [文献書誌] 小林敏雄: "乱流の数値解析におけるいくつかの課題" 第3回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 1-8 (1989)
• [文献書誌] 玉川雅章: "SEMにおける誤差評価と流れ場解析" 第3回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 259-262 (1989)
• [文献書誌] 小林敏雄: "非等方kーεモデルによる後方ステップ流の数値解析" 第3回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 343-346 (1989)
• [文献書誌] 小林敏雄: "実用的なLES構成の試み" 第5回生研NSTシンポジウム講演概要集. 25-28 (1990)
• [文献書誌] A.Yoshizawa: "Three-Equation Modeling of Inhomogeneous Comppressible Turbulence Based on a Two-Scale Direct-Interaction Approximation" The Physics of Fluids A.
• [文献書誌] A.Yoshizawa: "Self-Consistent Turbulent Dynamo Modeling of Reversed Field Pinches and Planetary Magnetic Fields" The Physics of Fluids B.
• [文献書誌] A.Yoshizawa: "Effect of Mean Velocity Shear on the Dissipation Rate of Turbulent Kinetic Energy" The Physics of Fluids A.
• [文献書誌] A.Kuroda: "A Direct Numerical Simulation of the Fully Developed Turbulent Channel Flow" Int.Symp.Comp.Fluid Dyn.,NAGOYA. 1174-1179 (1989)
• [文献書誌] H.K.Myong: "Toward an Anisotropic k-ε Turbulence Model Taking into Account the Wall-Limiting Behavior of Turbulence" Int.Symp.Comp.Fluid Dyn.,NAGOYA. 269-274 (1989)
• [文献書誌] H.K.Myong: "Numerical Prediction on Turbulent Pipe Flow Heat Transfer for Various Prandtl Number Fluids with the Improved k-ε Turbulence Model" JSME Int.J.,SerII. 32. 613-622 (1989)
• [文献書誌] 笠木伸英: "剪断自由な壁乱流のkーε二方程式モデルによる数値予測" 第3回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 327-330 (1989)
• [文献書誌] 富田康意: "乱流熱伝達の直接数値シミュレーション" 第3回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 415-418 (1989)
• [文献書誌] 黒田明慈: "平行平板間乱流の直接シミュレーション" 第5回東大生研NSTシンポジウム講演概要集. 1-4 (1990)
• [文献書誌] H.K.Myong: "A New Approach to the Improvement of k-epsilon Turbulence Model for Wall-Bounded Shear Flows" JSME Int.J.,Ser.II. 33. (1990)
• [文献書誌] 明賢國: "乱れの壁面漸近条件を考慮した非等方kーepsilon乱流モデルの提案" 日本機械学会論文集. (1990)
• [文献書誌] 綾史郎: "河川における流れと横分散に関する数値実験的研究" 京都大学防災研究所年報. 32Bー2. 669-687 (1989)
• [文献書誌] 綾史郎: "河川合流部における流れと水質分散の解析" 第3回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 563-566 (1989)
• [文献書誌] 細田尚: "浮遊砂を有する滑面上の開水路流れの流速分布特性" 第3回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 595-598 (1989)
• [文献書誌] 綾史郎: "河川合流部における流れと横分散" 水工学論文集. 34. 541-546 (1990)
• [文献書誌] S.Aya: "Spreading of Effluent in Receiving River Waters" Proc.5th Int.Conf.on Urban Storm Drainage. (1990)
• [文献書誌] S.Aya: "2-D Numerical Analysis of Flow and Transverse Mixing of Contaminants in the Yodo River System" Proc.7th Congress of APD-IAHR. (1990)
• [文献書誌] K.Suzuki: "Characteristics of Laminar Flow Heat Transfer in Eccentric Annuli" 第26回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 2. 325-327 (1989)
• [文献書誌] K.Suzuki: "Turbulent Heat Transfer in Low Prantl Number Fluid" Proc.1989 KATST Annual Meeting. 396-401 (1989)
• [文献書誌] K.Suzuki: "A Numerical Study of Forced-Convective Filmwise Condesation in a Vertical Tube" JSME Int.J.33ー1. 134-140 (1990)
• [文献書誌] J.Szmyd: "偏心環状流路内の液体金属乱流熱伝達" 日本機械学会論文集. (1990)
• [文献書誌] K.Suzuki: "Liquid Metal Turbulent Heat Transfer in Eccentric Annuli" Proc.9th Int.Heat Transfer Conf.(1990)
• [文献書誌] S.Hirai: "Numerical Prediction of Flow Characteristics and Retardation of Mixing in Turbulent Swirling Flow" Int.J.Heat Mass Transfer. 32. 121-130 (1989)
• [文献書誌] S.Hirai: "Calculation of Turbulent Swirling Flow in a Long Pipe with Reynolds Stress Closure" Int.Symp.Comp.Fluid Dyn.,NAGOYA. 239-244 (1989)
• [文献書誌] C.Y.Fang: "Numerical Computation on the Transient Evaporating and Non-evaporating Sprays" Int.Symp.Comp.Fluid Dyn.,NAGOYA. 1043-1048 (1989)
• [文献書誌] 平井秀一郎: "密度不均質を伴う円管内旋回乱流混合特性の数値予測" 日本機械学会論文集B. 55. 2500-2507 (1989)
• [文献書誌] T.Takagi: "Numerical Simulation of Turbulent Swirling Flame Using Reynolds Stress-Flux Equation Model" AN/J/CI Joint Int.Conf.214-216 (1989)
• [文献書誌] T.Takagi: "Numerical Simulation of Vortex Formation and Mixing in Shear Layers" 9th Int.Heat Transfer Conf.(1990)
• [文献書誌] 高城敏美: "水素拡散火炎の数値シミュレーション" 日本機械学会論文集B. (1990)
• [文献書誌] 范秦寅: "非定常噴霧流の数値シミュレーション" 日本機械学会論文集B. (1990)
• [文献書誌] 高城敏美: "非定常噴霧流における支配パラメータの導出とその検討" 日本機械学会論文集B. (1990)
• [文献書誌] 高城敏美: "非定常噴霧の着火と燃焼の数値解析" 日本機械学会論文集B.
• [文献書誌] 長野靖尚: "kーε乱流モデルの改良(壁・自由乱流の漸近挙動と逆圧力こう配の影響)" 日本機械学会論文集B. 55. 1008-1015 (1989)
• [文献書誌] 近藤継男: "後向きステップ下流のはく離ー再付着流(大規模流れ構造のシミュレーション)" 日本機械学会論文集B. 55. 1016-1021 (1989)
• [文献書誌] 殷耀晨: "自然対流乱流境界層の数値解析" 日本機械学会論文集B. 55. 1623-1630 (1989)
• [文献書誌] Y.Nagano: "Turbulence Model for Triple Velocity and Scalar Correlations" Proc.7th Symp.on Turbulent Shear Flows,Stanford Univ.1. 14.4.1-14.4.6 (1989)
• [文献書誌] Y.Nagano: "Numerical Prediction of turbulent Buoyant Flows" Proc.7th Symp.on Turbulent Shear Flows,Stanford Univ.1. 12.1.1-12.1.6 (1989)
• [文献書誌] T.Kondoh: "Numerical Investigation of Three-Dimensional Separating and Reattaching Flow Downstream of a Backward-Facing Step" Int.Symp.on Computational Fluid Dynamics,Nagoya. 299-304 (1989)
• [文献書誌] E.Naito: "Combined Forced and Free Upward-Flow Convection in the Entrance Region Between Inclined Parallel Plates" Trans.ASME,J.Heat Transfer. 111. 675-682 (1989)
• [文献書誌] 長野靖尚: "速度と温度の三重相関の乱流モデル" 日本機械学会論文集B. 55. 3057-3064 (1989)
• [文献書誌] 長野靖尚: "壁乱流の漸近挙動を考慮した温度場2方程式乱流モデル" 第3回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 331-334 (1989)
• [文献書誌] 長野靖尚: "非等方性を考慮したレイノルズ応力成分の散逸のモデリング" 第5回生研NSTシンポジウム講演梗概集. 33-36 (1989)
• [文献書誌] Y.Nagano: "An Improved k-ε Model for Boundary Layer Flows" Trans.ASME,J.Fluids Eng.112. (1990)
• [文献書誌] Y.Nagano: "A Structural Turbulence Model for Triple Products of Velocity and Scalar" Journal of Fluid Mechanics. (1990)
• [文献書誌] 香月正司: "放射伝熱を考慮した同軸流拡散火炎の数値解析" 日本機械学会論文集B. 55. 523-528 (1989)
• [文献書誌] 高橋丈雄: "乱流予混合火炎の分散反応領域の観察" 日本機械学会論文集B. 55. 859-864 (1989)
• [文献書誌] 香月正司: "乱流予混合火炎における乱れと混合(第2報局所火炎構造と混合に及ぼす火炎の影響)" 日本機械学会論文集B. 55. 1729-1736 (1989)
• [文献書誌] M.Katsuki: "The Effect of Turbulence on the Fine Structure and Propagation of Lean Turbulent Flames Sustained by a Hot Jet" Extended Abst.:Joint Int.Conf.of the Australia/New Zealand and Japanese Sections of the Combustion Institute. 157-159 (1989)
• [文献書誌] M.Katsuki: "Modeling of the Mean Reaction Rate in Turbulent Premixed Flames" Int.Symp.on Comp.Fluid Dyn.,NAGOYA. 453-458 (1989)
• [文献書誌] M.Katsuki: "Modeling of the Reaction Rate in Turbulent Premixed Flames" JSME Int.J.,Ser.II. 32. 659-665 (1989)
• [文献書誌] 香月正司: "放射熱再循環を伴う燃焼器の数値シミュレーション" 日本機械学会論文集B. 55. 3766-3771 (1989)
• [文献書誌] 吉田哲之: "せん断層乱流予混合火炎の混合・反応モデル" 日本機械学会講演概要集. (1990)