直接シミュレーションの数理

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05240102
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 大宮司 久明 東北大学, 工学部, 教授 (70005239)
• 研究分担者: 藤井 孝蔵 宇宙科学研究所, 助教授 (50209003) ; 南部 健一 京都工芸繊維大学, 流体科学研究所, 教授 (50006194) ; 中橋 和博 京都工芸繊維大学, 工学部, 教授 (00207854) ; 里深 信行 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 教授 (30027891) ; 川原 睦人 中央大学, 理工学部, 教授 (10055220)
• キーワード: 数値流体力学 / 乱流シミュレーション / 流れの数値スキーム / 格子形成 / 流れのコンピュータグラフィックス

研究概要

乱流の数理モデルの開発研究を支援するために,乱流データベースの作製と乱流モデルの検証に必要な,非定常3次元流れに適用できる効率的数値スキームとアルゴリズムを開発した.
1.LUSGS法に匹敵する高効率の修正AF法を提案し,非圧縮性流れのSMAC形の△形陰解法に適用した.また圧縮性流れの△形陰解法に対し高効率の新しいLUSGS法を開発した。これは近似なしに対角化を伴うものである.
2.DNSにより3次元の圧縮性混合層流れをマッハ数と初期じょう乱を変えて計算した.現状では,衝撃波からの数値的乱れを除くことができず,データベースの構築にいたっていない.
3.圧縮性湿り蒸気流に対し,二相流の状態方程式と音速を定式化,高解像スキームを開発,相変化モデルを用い,タービン翼列流れを解析した.さらに非平衡凝縮,速度非平衡を考慮.
4.乱流数値解析のための格子自動形成法を目的に,三次元表面非構造格子形成の新しいアルゴリズムを開発し,またデロ-ニ-分割を基本とした空間格子形成アルゴリズムを考案した.
5.ボルツマン方程式のモンテカルロ直接法を用いて,テイラー・クエット乱流を実現する研究を行った.高レイノルズ数を実現するために,内筒の回転速度を増したところ,圧縮性の影響が顕著となり流れの不安定性が消滅することが分った。気体の圧力を上げて乱流を実現する研究も行っている.
6.数値シミュレーション,特に乱流解析の数値データ可視化のあるべき姿を検討し,その結果を活かした後処理ソフトウェアモデルを構築した.試作ソフトモデルは利用者の評価をもとに,機能などの不備な点の拡充を図っている.

研究成果

• [文献書誌] T.Kodama: "Finite Element Tidal Current Analysis with an Open Boundary Condition" Int.J.of Engineering Computation. 1. 3-24 (1994)
• [文献書誌] N.Kanako: "Estimation of Eddy Viscosity Coefficient in a Periodic Shallow Water Equation" Comp.Methods Appl.Mech.Engng.112. 165-183 (1994)
• [文献書誌] M.Kawahara: "Finite Element Method for Boussinesq Wave Analysis" Int.J.of Computational Fluid Dynamics. 2. 1-17 (1994)
• [文献書誌] M.Kawahara: "A Predictive Control Method to Operate Water Gate of Dam" Int.J.of Computational Fluid Dynamics. 2. 217-241 (1994)
• [文献書誌] T.Kodama: "Finite Element Method for Two-Layer Tidal Current Analysis with an Open Boundary Condition" Int.J.of Computational Fluid Dynamics. 3. 19-51 (1995)
• [文献書誌] 川上弘二: "渦度-流れ関数表示非定常非圧縮性流れ解析における流出境界条件の検討" 日本機械学会論文集(B編). 60. 1891-1896 (1994)
• [文献書誌] 小橋創一: "高次精度差分法を用いた科学反応を伴う乱流合層の直接数値シミュレーション" 日本機械学会論文集(B編). 60. 2383-2390 (1994)
• [文献書誌] H.Nishida: "Numerical Solution of Unsteady Incompressible Navier-Stokes Equations Using High Order Method of Lines" Finite Elements in Analysis & Design. 16. (1994)
• [文献書誌] 中橋和博: "格子形成法の基礎(その2)" 日本数値流体力学会誌. 2. No.2 48-57 (1994)
• [文献書誌] 中橋和博: "格子形成法の基礎(その3)" 日本数値流体力学会誌. 2. No.3 49-58 (1994)
• [文献書誌] T.Ogawa: "Numerical Simulation of Compressible Flows Induced by a Train Moving into a Tunnel" Computational Fluid Dynamics Journal. 3. 63-82 (1994)
• [文献書誌] Y.Tamura: "Simulation of Ecperimental Visualization Methods for Computational Fluid Dynamics Research" Int.J.of Computaltional Fluid Dynamics. 2. 309-333 (1994)
• [文献書誌] 田村善昭: "数値流体力学における可視化(I)" 日本数値流体力学会誌. 2. 3号 77-90 (1994)
• [文献書誌] 大宮司 久明: "圧縮性および非圧縮性乱流の数値解析法(III)" 日本数値流体力学会誌. 2. 3号 3-18 (1994)
• [文献書誌] 大宮司 久明: "圧縮性および非圧縮性乱流の数値解析法(IV)" 日本数値流体力学会誌. 2. 4号 3-18 (1994)
• [文献書誌] 吉田昭彦: "超音速旅客機の環境適合性に関する一考察" 日本航空宇宙学会誌. 42. 42-48 (1994)
• [文献書誌] 田口秀之: "スクラムジェットエンジンにおける超音速燃焼の計算" 航空宇宙技術研究所SP. (1995)
• [文献書誌] 南部健一: "シリーズ数値流体力学第5巻 希薄流の解析" 東京大学出版会, 220 (1995)
• [文献書誌] 南部健一: "原子分子の流れ、第6章分子流れの数値シミュレーション" 共立出版, (1995)
• [文献書誌] 南部健一: "乱れる" オーム社, 200 (1995)
• [文献書誌] 中橋和博: "格子形成法とコンピュータグラフィックス" 東京大学出版会, 260 (1995)