| 研究概要 |
混相乱流に対する大規模渦の数値シミュレーション(LES)においては.分散相(固体粒子や.気泡,液滴など)はふつう流れ解析格子よりも小さなサブグリッドスケール(SGS)にある.単相乱流のSGS乱れは主としてエネルギーの散逸を担うのに対して,混相乱流ではSGS乱れもエネルギーの生成やレイノルズ応力成分間の再配分に寄与する可能性がある.本研究では.分散相(主として固体粒子)の挙動をひとつひとつラグランジュ的に追跡し,一方,流体の乱流を直接数値シミュレーション(DNS)で求め,両者の相互作用を解析することによって,混相乱流のLESに用いられるSGSモデリングの確立を目的としている.本年度は,前年度に開発した混相乱流の直接解法(連続相のDNSに使う計算格子だけを使い,並進・回転をしながら乱流中を運動する粒子を精度よく追跡する方法)について.粒子力の積分方法と連続相とのカプリング方法を改めて計算効率の大幅な改良を行った.さらに計算コードの並列化も推進し,領域分割法による乱流場の処理速度を向上させた.以上の手法を,渦を放出しながら落下する粒子群を含む一様乱流ならびに平行平板間乱流に適用し,個々の粒子の後流だけでなく,粒子クラスターの後流まで再現されることを確認した.このような計算によって得られた混相乱流場のデータベースを用い,分散相を含む乱流のSGSモデリングにおける重要なパラメーターを解析し,次のように整理した.すなわち.分散相運動の連続相へのエネルギー注入(SGSエネルギー式における生成項),エネルギーの生成と散逸の非平衡性(SGSエネルギー式における対流項),せん断流れ場における分散相後流渦による直接的なレイノルズ応力の生成(SGSレイノルズ応力の非等方表現)が,単相乱流のモデルに加えるべき要素であることがわかった.
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