ダイナミックSGSモデルに基づく複雑乱流場のLESモデリング

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10650160
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 谷口 伸行 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10217135)
• 研究分担者: 大島 まり 東京大学, 生産技術研究所, 講師 (40242127)
• キーワード: 数値流体力学 / 乱流 / ラージ・エディ・シミュレーション / サブグリッドモデル / 燃焼流 / 混相流 / 有限要素法 / 差分法

研究概要

直接解析の適用できない複雑乱流場の解析手段としてラージ・エディ・シミュレーション(LES)が挙げられるが、工学一般の問題へ適用するには未だ研究課題を残している。近年Germanoらの提案したダイナミックSGSモデルは基礎的研究では多くの課題に優れた結果を与えており、LESにおける汎用的な乱流モデリングとして注目される。本研究は、乱流LESのより広範囲な応用を進めることを目的として、ダイナミックSGSモデルの考え方に基づいた複雑乱流場のLESモデリングの実用的な定式化を示し、その数値計算上の問題点を明らかにした。具体的な研究課題として以下を行った。
a) G方程式に基づく予混合乱流モデルをダイナミックSGSモデルによって定式化し基礎的な検証をDNSデータを参照して検証した。また、ガスタービン燃焼器の乱流火炎予測への適用を示した。
b) 粒子分散タイプの固気流混相流を取り上げ、粒子による乱流変調を考慮したLES方程式を定式化し、単純なせん断流などに適用して基礎的な検証を行った。その結果、本解析モデルではSGSモデルにより粘性スケールの散逸効果は再現できるが、GS成分方程式における散逸効果の予測が不十分であることが明らかとなった。
c) ダイナミックSGSモデルなどの高次SGSモデルの正確な検証に適用できる高精度な解析法として、基礎式の保存性を考慮した一般座標系格子差分法および有限要素法を導入した解析コードを試作し有効性を実証した。
d) ダイナミックSGSモデルの数値計算上の課題である数値不安定性を検証するため、Lagrange型モデルの導入、空間フィルター計算の高精度化、対流項スキームなどによる改善を試みた。また、工学事例として自動車空力へのLES適用に関する問題点について検討した。

研究成果

• [文献書誌] M.Oshima,T.J.R.Hughes,K.Jansen: "Consistent Finite Element Calculations of Boundary and Internal Fluxes" Int.J.Computational Fluids. 9. 227-235 (1998)
• [文献書誌] N.Taniguchi,T.Kobayashi: "Large Eddy Simulation of Turbulent Separated Flows" Proc.China-Japan Workshop on Turbulent Flows. 1-11 (1998)
• [文献書誌] M.tubokura,T.Kobayashi,N.Taniguchi,T.Kogaki: "Subgrid Scale modeling for the turblence in rotating reference frames" Proc. CFD for Wind Climinate in Cities. 290-299
• [文献書誌] T.Kobayashi,N.Taniguchi,T.Kogaki,N.Park: "Large Eddy Simulation for Turbulent Wake of Bluff Body" Proc. '98 JSAE Spring Convention Proceedings. 137-140 (1998)
• [文献書誌] T.Kobayashi,N.Taniguchi,S.Ko: "Large Eddy Simulation of Turbulent Flow in Combustor using the Generalized Coordinates" Proc. 4th KSME-JSME Fluids Eng.Conf. 85-88 (1998)
• [文献書誌] 谷口伸行、小林敏雄、M.Rokni 高相〓: "ガスタービン燃焼器内の乱流LES" 第12回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 65-66 (1998)