乱流の一点完結モデル

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05240104
• 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: 村上 周三 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (40013180) ; 日野 幹雄 中央大学, 総合政策学部, 教授 (30016323) ; 河村 洋 東京理科大学, 理工学部, 教授 (80204783) ; 河原 能久 東京大学, 工学部, 助教授 (70143823) ; 小尾 晋之介 慶応義塾大学, 理工学部, 講師 (80233609)
• キーワード: 乱流モデル / レイノルズ応力 / クロージャー問題 / サブグリッドモデル / 時間スケール / 浮力効果 / 自由表面効果 / 植生効果

研究概要

本研究においてはダイレクトシミュレーション(DNS)の情報、高精度のラージエディシミュレーション(LES)によるデータベースあるいは高精度実験データベースを利用して一点完結モデルを再構築し,新たなモデルを提案,検証することを目的として,9課題を7人で担当した。提案されたモデルはk-εモデル,代数応力モデル,応力方程式モデルおよびLESのサブグリッド(SGS)モデルに及び,これらのモデルを従来より複雑な,あるいは複合的乱流場に適用してモデルの検証を行った.さらに,提案された幾つかのモデルを正方形柱まわりの流れ場に適用し、各モデルの特徴を検証した。
小尾はレイノルズ応力の乱流輸送に支配的な三次モーメントの輸送方程式のバランスに着目した代数応力モデルを開発しそのモデルを自由混合層の乱流場に適用し,提案したモデルの評価を行った。また,併せて,高精度計算に際して生じる数値解析上の不安定性を抑制する方策,境界条件の設定方法の提案を行った。山本は乱流の時間スケールを複数にすることによって,より普遍性の高いモデルを得るべく多重時間スケール応力方程式モデルを提案し,乱流噴流,逆圧力勾配乱流境界層に適用して,モデルの高い普遍性を検証した.小林は円筒座標系と一般座標系との複合LES計算方法を提案し,これを旋回乱流に適用するとともに非等方k-εモデルおよび代数応力モデルの検証を行った。河村は三次モーメントの輸送方程式のクロージャー問題を軽微な負荷で解決するモデルを提案し,これを2重円管内の曲率をもつ乱流場に適用し,乱流変動の3次相関に関する収支のデータを求めた.村上はk-εモデルおよび代数応力モデルを主体に浮力効果の組み込みを行い,浮力ダンピング下の低レイノルズ数流れに適用できるk-εモデルを提案するとともに,浮力効果を組み込んだLESを構成してモデルの評価を行った.河原は応力方程式モデル中の圧力-歪速度相関項に水面の効果を組み込んだモデルを提案するとともにエネルギー散逸率の輸送方程式における各項のモデルの見直しを行い,これを滑面および粗面上の開水路乱流,長方形断面の水路および2次元水面乱流において検証を行った。日野は植生効果を伴う乱流場を対象に,個々の葉や枝よりは大きな格子系において葉や枝の作り出す乱れエネルギーをLESの概念から導き,植生層内モデルを開発した.このモデルを強い日射条件下の建物まわり流れに適用するとともにフィールド実験と比較して適用性を検証した.さらに,小林,村上,河村は正方形柱体まわりの同一レイノルズ数乱流についてLESを構成して,SGSモデルの比較,計算手法の検証を試みた.

研究成果

• [文献書誌] Y.Dai: "Investigation of Organized Structures in Plane Jet Flow by Using Large Eddy Simulation" Tenth Symposium on Turbulent Shear Flow. 1. 9-25 29 (1995)
• [文献書誌] M.Tsubokura: "Large Eddy Simulation of Turbulent Channel Flow Using an Unstrutured Mesh" ASME-1995 Experimentle and Numerical Flow Visualization. 218. 81-88 (1995)
• [文献書誌] H.Izumi: "Three-Dimensional Flow Analysis around a Stationary Circular Cylinder" ASME-1995 Experimentle and Numerical Flow Visualization. 218. 167-174 (1995)
• [文献書誌] D.Fu: "Direct Numerical Simulation of Compressible Mixing Layer With High Order Accurate Scheme" Sixth International Symp. on Computational Fluid Dynamics a Collection of Technical Papers. 1. 238-243 (1995)
• [文献書誌] T.Kobayashi: "Three Dimensional Flow Simulation in a Torque Converter" IPC-8 Tecnical Paper. 317-321 (1995)
• [文献書誌] T.Kogaki: "Large Eddy Simulation of Flow around a Rectangular Cylinder" Proc. of The Int. Symp. on Mathematical Modeling of Turbulent Flows. 217-222 (1995)
• [文献書誌] T.Kobayashi: "Large Eddy Simulation of Turbulent Swiring Flow" Proc. of The Int. Symp. on Mathematical Modeling of Turbulent Flows. 211-216 (1995)
• [文献書誌] 山本 哲也: "周期的外乱による乱流変動の生成機構に関する数値解析" 第32回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 49-50 (1995)
• [文献書誌] 石橋 信正: "周期外乱を受ける乱流はく離流の三次元性" 第27回乱流シンポジウム講演論文集. 77-80 (1995)
• [文献書誌] 原 英統: "レイノルズ応力の乱流輸送モデル" 第27回乱流シンポジウム講演論文集. 231-234 (1995)
• [文献書誌] S.Obi: "An Algebraic model of Turbulent Diffusion" Proc. Int. Symp. Malthematical Modelling of Turbulence. 274-279 (1995)
• [文献書誌] S.Obi: "Experimental and Computational Study on Turbulent Heat Transfer Characteristics in Serrated Channel Flow" Int. J. Heat and Fluid Flow.16. 398-404 (1995)
• [文献書誌] S.Obi: "Experimental Study on the Statistics of wall Shear Strees in Turbulent Channel Flows" Int. J. Heat and Fluid Flow.17. (掲載予定). (1996)
• [文献書誌] 姫木 仲秋: "乱流せん断層の周期的外乱に対する応答性" 第11回生研NSTシンポジウム講演論文集. (発表予定). (1996)
• [文献書誌] H.Tu: "An experimental investigation of unsteady flowcompound channel flows-with vegetation or with embayment" 東京大学工学部紀要(B). XLIII. 173-200 (1995)
• [文献書誌] Y.Kawahara: "Experimental study of flows in embayments" Proc. IAHR Congress. 26. 391-396 (1995)
• [文献書誌] G.Huang: "A node on the large eddy simulation of turbulent scalar transportation" 乱流シンポジウム講演論文集,第27回. 338-341 (1995)
• [文献書誌] 河原 能久: "人工わんど周辺の流れ場の数値解析" 数値流体力学シンポジウム講演論文集,第9回. 481-482 (1995)
• [文献書誌] 河原 能久: "越流型水制周りの流れ場の3次元数値解析" 土木学会誌第51回年次学術講演会講演概要集第II部. (未定). (1996)
• [文献書誌] 河原 能久: "応力方程式モデルによる開水路直線水路における乱流場の3次元解析" 土木学会誌第51回年次学術講演会講演概要集第II部. 未定. (1996)
• [文献書誌] 猪飼 一治: "並列計算機による一様異方性乱流の直接シミュレーション" 日本機械学会論文集(B編). 61. 868-873 (1995)
• [文献書誌] 船場: "境界壁の弾性移動を考慮した内部流れの数値解析" 日本機械学会論文集(B編). 61. 1345-1352 (1995)
• [文献書誌] H.Kawamura: "Budget and Modeling of Triple-Moment Velocity Correlations in a Turbulent Channel Flow Based on DNS" Proc. 10th Symp. on Turbulent Shear Flows. 26-13, 26-18 (1995)
• [文献書誌] H.Kawamura: "Modeling of Scalar Transport in a Turbulent Channel Flow Consistent With the Linearity Principle" Proc. 10th Symp. on Turbulent Shear Flows. 3-1 3-6 (1995)
• [文献書誌] 伊藤 哲雄: "一流乱流における乱流熱流束モデル" 日本機械学会論文集(B編). 62. 268-270 (1996)
• [文献書誌] 日野 幹雄: "コンピュータ・シミュレーションに対する評価の変遷-私とコンピュータ・シミュレーション" 日本風工学会誌. 60. 2-6 (1994)
• [文献書誌] 日野 幹雄: "工学分野での流体力学研究のトピックス,環境工学,「環境流体力学研究の傾向」" 日本流体力学会学会誌(ながれ). 14. 29-31 (1995)
• [文献書誌] 日野 幹雄: "水文研究者は何をやって来たか,そしてこれからなにをなすべきか" 水文・水資源学会雑誌. 9. 3-16 (1996)
• [文献書誌] 日野 幹雄: "相似則・熱収支式・補完法の総合化から地表および気層湿度を推定する試み" 水文・水質源学会 1995年研究発表要旨集. 56-57 (1995)
• [文献書誌] 日野 幹雄: "広域実蒸発散量の推定法-補完法と気温推定法の結合" 水文・水質源学会 1995年研究発表要旨集. 60-61 (1995)
• [文献書誌] M.Hino: "Thermal turbulence simulation by LES-Giant plume generation over asphalt-paved ring highway" Proc. 10th Symp. on Turbulent Shear Flows. 3. 3-43,48 (1995)
• [文献書誌] 日野 幹雄: "Wavelet変換による波浪データの解析" 海岸工学論文集. 42. 306-310 (1995)
• [文献書誌] 日野 幹雄: "都市気候における植生の効果の数値シミュレーション" 第11回 生研NSTシンポジウム論文集. (1996)
• [文献書誌] 日野 幹雄: "サーモグラフによる都市の熱環境と緑の解析" 水工学論文集. 40. (1996)
• [文献書誌] 大岡 龍三: "都市の温熱環境の数値シミュレーション(その4)<U_3′θ′>の評価に浮力効果を組み込んだ改良型k-εとDSMの解析" 空気調和・衛生工学会学術講演会講演論文集. 1241-1244 (1994)
• [文献書誌] S.Murakami: "Comparsion of Numercial Predictions of Horizontal Nonlsothermal Jet in a Room with Three Turbulence Models-k-ε EVH, ASM, and DSM" ASHRAE. (1994)
• [文献書誌] 松井 巨光: "LESによる非等温室内気流解析 Snagoriskyモデルにおける標準タイプとDynamicタイプの比較" 第8回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 269-272 (1994)
• [文献書誌] S.Murakami: "Numerlcal Simulation of Turbulent Diffusion in Cities" Wind Climate in Cities. 681-701 (1995)
• [文献書誌] S.Kato: "New k-ε Model for Stable and Unstable Flow Fields Including Dumping Effect due to Buoyancy" The International Symposium on Mathematical Modeling of Turbulent Flows. 187-192 (1995)
• [文献書誌] M.Yamamoto: "Investigation of Multiple-Time-Scale Reynolds Stress Model in Homogeneous Anisotropic Turbulence" Int. J. Heat and Fluid Flow. 16. 417-428 (1995)
• [文献書誌] S.Yonemura: "Proposal of a Multiple-Time-Scale Reynolds Stress Model for Turbulent Boundary Layers" Proc. Int. Symp. on Mathematical Modelling of Turbulent Flows. 381-386 (1995)
• [文献書誌] 山本 誠: "多重時間スケール応力方程式モデルの研究(第3報,Rapid項のモデル化)" 日本機械学会論文集,B編. 62. 93-100 (1996)
• [文献書誌] D.Kato: "Behaviour of Turbulence through a Shock Wave" Proc. 2nd. Symposium on Transitional and Turbulent Compressible Flows ASME FED. 224. 95-101 (1995)
• [文献書誌] K.Toda: "Performance of Turbulence Models through a Shock Wave" Proc. Int. Symp. on Mathematical Modeling of Turbulent Flows. 333-338 (1995)
• [文献書誌] K.Hirai: "Analysis of Flow in the Front Mixing Region of Hypersonic Combined-Cycle Engine" AIAA Paper 96-379. 1-8 (1996)
• [文献書誌] 小林 敏雄: "数値流体力学シリーズ:乱流解析" 東京大学出版会, 67-118,161-221 (1995)
• [文献書誌] 河村 洋: "熱と流れのシミュレーション" 丸善株式会社, (1995)
• [文献書誌] 河村 洋: "乱流のモデリング 新編伝熱工学の進展 第2巻" 養賢堂, 1-107 (1996)