|
乱流混合層や非定常はく離流れの解析に有効な離散渦法を、乱流の渦特性の直接的なモデル化法として発展させることを目的として、2年間の本研究期間に研究計画に沿って次のような研究を実施し、その成果を得た。
1.乱流場の渦度分布を離散化するための渦要素として、渦糸法、ボートン(vorton)法およびブロッブ(blob)法を取りあげ、渦輪干渉流れなどの解析に適用して計算結果を実験結果と比較検討した結果、渦要素コアとして球状渦度分布を与える従来のブロッブ法に新たに対流による渦コアの伸縮および粘性による渦コアの拡散の両者による渦度の変化を考慮に入れることにより、渦輪の合体と再分離がより現実的にシミュレートできることを明らかにした。
2.渦輪の干渉流れを対象として試験的に開発した上記の乱流渦要素モデルをRe数が10^3程度の球まわりの流れの解析に適用し、出発流における大規模渦構造形成や非軸対称性の発生過程など、実際の流れと定性的に一致する妥当な計算結果が得られることを確認した。
3.乱流の特性を解析する上で、速度変動のみでなく圧力変動の解析も重要であることから、離散渦法に適した圧力ポアソン方程式の境界要素解析法を考案し、その有効性を確認した。
4.渦度の生成過程と乱流渦の対流過程とで渦度の離散化モデルを使い分ける概念を導入し、応用として二次元の円柱および角柱の高Re数流れおよび後方ステップ流れに適用し、大規模渦構造や乱流特性につき良好な計算結果を得た。
本研究成果により、これまでの離散渦法が簡便で高精度な乱流解析法として発展し、工学的に広い分野で汎用性の高い乱流シミュレーション法のひとつとしての利用が大いに期待される。
|
