LESによる乱流解析技術の確立

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01613007
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 三宅 裕 大阪大学, 工学部, 教授 (50029005)
• 研究分担者: 徳永 宏 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 助教授 (10027906) ; 宮内 敏雄 東京工業大学, 工学部, 助教授 (50016664) ; 宮田 秀明 東京大学, 工学部, 助教授 (70111474) ; 日野 幹雄 東京工業大学, 工学部, 教授 (30016323) ; 村上 周三 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (40013180)
• キーワード: 数値シミュレーション / LES / 直接シミュレーション / 乱流 / 拡散 / 粗面表面波

研究概要

本研究では乱流解析を実用化するために、LESを用いて30分以内の計算時間で所用の精度を満たす解析技術を確立することを目標としている。そのために、当初は4つのサブテーマに分けて、研究を開始したが、研究の進展に連れて関連の問題を扱う研究者が増加し、研究班に加入することが望ましいグループを加えたため本年は7研究者4グループで実施した。主な成果は以下の通りである。イ)壁乱流におけるLES技術の確立…単純流路におけるLES解析は世界最大の規模で実施し、計算スキームの工夫と時間短縮の工夫を加えて最も高い精度の解析が可能となった。ロ)巨大空間を対象にしたLES技術の開発…巨大空間での問題は複雑な個体境界近傍でのSGSモデルの高精度化と個体境界のみならず自由境界における非周期的な適切な境界条件の設定法の確立である。巨大空間の問題では壁近傍の現象よりも大規模構造の方がより重要であることを考え、SGSモデルよりも境界条件の研究に重点をおいた。このために、多様な境界条件を考案した。ハ)乱流数値解析における数値技術の開発…乱流は本質的に非定常現象であり、これに対する誤差評価は研究のために、一つは直交可変格子系を用いたレーレー流れの乱流遷移を扱った。いずれも独創的なスキームで、世界的に高い評価を得ているばかりでなく、十分発達した乱流うずに至るまでの遷移過程について重要な知見が得られた。ニ)乱流拡散問題におけるLES技術の確立…乱流拡散問題として平面混合層を解析して来た。これに対して境界条件、計算領域の大きさなどが敏感に影響する。これらを三次元グラフィック表示を用いて結果を検討しながら解析技術の改良を進めて来たが、平均量については少なくとも独自に行っている実験結果と極めて高精度に一致すること、得られた現象が妥当な物理的説明を与えることなどから、解析技術の確立について当初の目標にほぼ到達した。

研究成果

• [文献書誌] 三宅裕,梶島岳夫: "高解像度LESによる乱流モデルの考察" Preprint of IFHP/CIB/WMO/IGU International Conference on Urban Climate,Planning and Building. 55ー512. 999-1007 (1989)
• [文献書誌] 村上周三,他: "LESによる建物周辺気流の数値予測(第9報)立方体周辺の乱流流れ場に関するkーεモデルとの比較" 生産研究. 32ー4. 516-522 (1989)
• [文献書誌] 村上周三: "A Discussion on Trbulence Model bu Means of LES" Proc.7th Symp.Turb.Shear Flows,Stanford University. 4,5. (1989)
• [文献書誌] Y.,Miyake.,T.Kajishima.: "A Discussion on Turbulent Flows in Pipes and Channels on the Basis of Large Scale LES" αプロジェクトシンポジウム. 7-14 (1989)
• [文献書誌] S.Murakami.: "Scrutinying the kーε Turbulence Model by means of LES for Turbulence Structure around Cube" 日本建築学会計画系論文報告集. 735-742 (1989)
• [文献書誌] 村上周三,他: "Examining the kーε Model by means of Wind Tunnel Test and LES for Turbulence Structure around Cube" 日本風工学会誌(JWE). 41. 25-26 (1989)
• [文献書誌] 日野幹雄,神田学: "風胴付きラインメーターによる植生の気候緩和効果に関する基礎実験と解析" 水文・水資源学会誌. 2ー1. 61-69 (1989)
• [文献書誌] 福西祐,日野幹雄: "土壌中の不飽和浸透流のランダム・ウオーク法による数値シミュレーション" 日本流体力学会誌(ながれ). 8ー1. 37-47 (1989)
• [文献書誌] 日野幹雄,仲座栄三,与儀実話: "リーフ地形海岸におけるBore状サーフビートに関する研究" 海岸工学論文集. 36. 75-79 (1989)
• [文献書誌] 神田学,日野幹雄: "湖沼生態系内部のカオス的挙動" 第21回乱流シンポジウム講演論文集. 21. 12-17 (1989)
• [文献書誌] 木内豪,野上啓一郎,日野幹雄: "降雨浸透にともなう表面不飽和中の容質移動の数値モデルによる検討" 第33回水理講演会論文集. 33. 241-246 (1989)
• [文献書誌] 小川降甲,日野幹雄,福西祐: "三次元離散渦法による乱流境界層中の組織的構造形成のメカニズムに関する研究数値シミュレーション" 第33回水理講演会. 33. 553-558 (1989)
• [文献書誌] 神田学,日野幹雄: "植生による気候緩和効果に関する基礎的研究" 第33回水理講演会論文集. 33. 685-690 (1989)
• [文献書誌] 神田学,日野幹雄: "植生内微気象数値モデル(NEO SPAM)による数値実験(植生郡落の配置の影響)" 土木学会第44回年講演概要集第2部. 180-189 (1989)
• [文献書誌] 神田学,日野幹雄,篠田裕: "植生が大気表層及び土壌水分に及ぼす影響" 第34回水理講演会題目. (1990)
• [文献書誌] Hino M.,Meng Y.,& Fukunishi Y.: "Experiment on three dimensional feataure of the Largeーscale turbulence in a reciprocating oscillatory flow" Proc.23th Congress IAHR(Int.Ass.for Hydraulic Res). 11. A63-A70 (1989)
• [文献書誌] Fukunishi Y.,Ogawa T.,& Hino M.: "A numerrical simulation of a turbulent plane mixing layer with Vortex Segment Model" Proc.The Fourth Asian Congress of Fluid Mechanics. 11. A210-A213 (1989)
• [文献書誌] 日野幹雄,仲座栄三: "水の波の無反射・自由透過境界の新スキーム" 第3回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 279-282 (1989)
• [文献書誌] Y.Maekawa,.K.Kawashima.,& H.Miyata.: "A mathod of optimizing hullーforms by the finiteーdefference technique TUMMAZーIV" Proc.Inter.Sympo.on Ship Resistance and powerring Performance,Shanghai. 70-77 (1989)
• [文献書誌] H.Miyata.,T.,Kawano.: "Numerical simulation of the pseudoーphysical transition to a turbulent flow on a suddenly decelerated flatーplate with and without riblets" 日本造船学会論文集. 165. 17-28 (1989)
• [文献書誌] H.Miyata.,T.Kawano.: "Pseudoーphysical transition to turbulence on a suddenly stopped flatーplate" Inter.Sympo.Compulational Fluid DynamicsーNagoya. 743-748 (1989)
• [文献書誌] M.Zhu,.H.Miyata.,& H.Kajitani.: "Finiteーdefference simulation of wave and viscous flows about a ship of arbitrary configuration" Proc.5th International Conference on Numerical Ship Hydrodynamics,Hiroshima Part1. 83-96 (1989)
• [文献書誌] 馬場信弘,宮田秀明,梶谷尚,金井誠,山田哲哉,高橋裕公: "柱体からの剥離流の機構(第1報)" 日本造船学会論文集. 165. 29-41 (1989)
• [文献書誌] Y,G,Lee.,H.Miyata.: "A finiteーdifference simulation method for 2D flows about bodies of arbitrary cohfiguration" 日本造船学会論文集. 167. (1990)
• [文献書誌] H.Miyata.,N.Shikazono,.& M.Kanai.: "Forces on a circular cylinder advancing steadily beneath the freeーsurface" Ocean Engineering. (1990)
• [文献書誌] H.Miyata.,Y,G,Lee.: "Vortex motions about a horizontal cylinder in waves" Ocean Engineering.
• [文献書誌] H.Miyata,.M.Kanai,.N.Yoshiyasu,.& Y.Furuno: "Diffractions waves about an advancing wedge model in deep water" Journal of Ship Research.
• [文献書誌] 宮内敏雄,斉藤拓也: "乱流混合のLarge Eddy Simulation(第2報,三次元場)" 日本機械学会論文集,B編. 55ー512. 978-984 (1989)
• [文献書誌] 宮内敏雄,川野浩一郎,新郷美紀: "乱流混合のLarge Eddy Simulation(乱流の組織的構造)" 第26回日本伝熱シンポジウム講演論文集III. 677-679 (1989)
• [文献書誌] E.Stuhltraeger.,T.Miyauchi.& F.Hussain.: "Coherent,Structures in Excited Laminar and Turbulent Axisymmetric Jets:Comparison of Direct Numerical Simulation with Laloratory Experiments" Proceedings of the Fourth Asian Congress of Fluid Mechanics II. A105-A108 (1989)
• [文献書誌] T.Miyauchi.,Y.Kawano.,E.Stuhltraeger.& F.Hussain: "Dynamics of Spatially Evolving Incompressible Mixing Layers" Proceedings of the Fourth Asian Congress of Fluid Mechanics II. A138-A141 (1989)
• [文献書誌] T.Miyauchi.,Y.Kawano.,& M.Shingou: "Coherent Structure in Turbulent Mixing layer(Structure in Core and Rib Regious)" A Collection of Techuical Papers ISCFD Nagoya. 749-754 (1989)
• [文献書誌] 宮内敏雄,笛木学: "周期的じょう乱により励起された乱流混合層のLarge Eddy Simulation" 第3回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 355-358 (1989)
• [文献書誌] 宮内敏雄,店橋護: "擬スペクトル法による混合層の数値解析" 第3回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 371-374 (1989)
• [文献書誌] 宮内敏雄,店橋護: "擬スペクトル法による乱流混合層の数値シミュレーション" 第5回生研NSTシンポジウム講演梗概集. 13-16 (1990)
• [文献書誌] H.Tokunaga.,K.Ishinose.,& N.Satofuka.: "Numerical Simulation of Transient Turbulent Flows by VorticityーVector Potential Formulation" Proc.Int.Symp.Comp.Fluid Dynam.ーNagoya. 209-214 (1989)
• [文献書誌] 一乃瀬健一,徳永宏,里深信行: "高精度差分法による三次元非定常粘性流の数値シミュレーション" 日本機械学会論文集. 56. (1990)
• [文献書誌] 嶋田一義,里深信行,徳永宏,西田秀利: "ベクトルポテンシャル法による三次元粘性流の計算" 日本機械学会論文集. 55. 1536-1541 (1989)
• [文献書誌] H.Tokunaga.,N.Satofuku.,T.Yoshikawa: "Eficient Numerical Simulation of Viscous Flows Using IntegroーDifferential Method" Memoirs of Faculuty of Engineering and Design Kyoto Institute of Technology. 38. 35-46 (1989)
• [文献書誌] 四重田啓二,徳永宏,里深信行: "円管および楕円管内の非定常流れの数値計算" 第3回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 363-366 (1989)
• [文献書誌] K.Nakahashi,.O.Nozaki,.K.Kikuchi.,& A.Tamura.: "NavierーStokes Computations of Two and ThreeーDimensional Cascade Flow Fields" Journal of Propulsion and Power. 5. 320-326 (1989)
• [文献書誌] 野崎理,中橋和博,田村敦宏: "ナビエ・ストークス方程式による三次元翼列流れの解析" 日本機械学会論文集. 55ー520. 3673-3679 (1989)
• [文献書誌] N.Nakahashi.,K.Ebami.: "An Automatic Euler Solver Uning Unstructured Upwind Method" Int.J.of Computer and Fluid. (1989)
• [文献書誌] K.Nakahashi.: "An Automatic Grid Generator for the Unstructured Upwind Method" Proc.of 9th CFD Conference,(AIAA Paper). 89ー1985. 533-541 (1989)
• [文献書誌] 中橋和博: "非構造風上法の拡張" 第21回流体力学講演会講演集. 192-195 (1989)
• [文献書誌] 中橋和博: "流体計算の自動化に向けて" 第3回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 25-32 (1989)
• [文献書誌] S,Murakami.他: "Numerical Simulation of VelocityーField and DiffusionーField in Urban Area" 日本機械学会論文集. 22 (1989)
• [文献書誌] S,Murakami.他: "Nnmerical Simulation of Laminar Flow in a Curved Duct of Rectangular Cross Section" JSME International Journal Ser.II. 42. 51-54 (1990)
• [文献書誌] T,Kajishima.,Y.Miyake.,K.Hamaogi.: "市街地の流れ場・拡散場の数値シミュレーション" 震災予防協会第5回講演会. (1990)
• [文献書誌] 村上周三: "Computational Wind Engineering" proc.Intern.Symp.Comp.Fluid DynamicsーNagoya. (1990)
• [文献書誌] 村上周三,他: "Large Eddy Simulation による街区周辺の乱流場の3次元解析(その1)(隣棟間隔の変化が流れ場に与える影響と風洞実験の比較)" A Collection of Technical Papers ISCFD Nagoya.
• [文献書誌] S,Murakami.他: "2次元角柱まわりの乱流エネルギー・レイノルズ応力生産の構造に関する考察" Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics CFD. 特集号.
• [文献書誌] 日野幹雄,太田猛彦,砂田憲吾,渡辺邦夫: "洪水の数値予報(その第一歩)" 森北出版, 252 (1989)