剥離流れにおける大規模渦の動的挙動と熱輸送機構の直接数値シミュレーション

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650190
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 太田 照和 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00006678)
• 研究分担者: 吉川 浩行 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40221668)
• キーワード: 剥離流れ / 再付着流れ / 対流熱伝達 / 直接シミュレーション / 馬蹄形渦 / 平面上突起物

研究概要

平面上に設置された直方体突起物まわりの三次元非定常剥離流れおよび突起物表面からの熱伝達特性をナビエ・ストークス方程式およびエネルギー方程式の直接数値シミュレーションにより解明してきている。流れの剥離の様相を正確に把握するために、対流項には5次精度の差分法を採用するなど工夫をこらしている。本年度に得られた結果を要約すると次のようになる。
1.直方体突起物まわりには馬蹄形渦が形成され、その数はレイノルズ数の増加とともに2個から6個まで変化し、流れの様相は著しく変化する。これらは実験的に得られている結果をきわめて良く再現している。
2.直方体突起の角から流れが剥離し、剥離した剪断層は大規模渦塊に生長しながら、下流に放出される。
3.馬蹄形渦と放出された大規模渦塊は互に干渉しながら下流に向かって流れるため、直方体突起物周囲の流れは複雑をきわめることが示されている。
4.直方体突起表面からの熱伝達特性は、レイノルズ数の増加に伴う馬蹄形渦の個数の変化、周囲に形成される循環領域によってレイノルズ数とともに著しく変化する。
5.レイノルズ数が1000にまで増加すると、馬蹄形渦と突起面からの剥離剪断層が不安定となり、大規模渦が放出されるなど流れの非定常性が著しく強くなるために、直方体突起表面からの熱伝達は時間と共に大きく変化するようになる。
6.馬蹄形渦と剥離剪断層からの渦の放出周波数は同一であり、それらはきわめて強い相関を有している。

研究成果

• [文献書誌] T.Ota: "A Survey of Heat Transfer in Separated and Reattached Flows"ASME Appl.Mech.Reviews. 53. 219-235 (2000)
• [文献書誌] 太田照和・吉川浩行 他: "急拡大流路内のはく離流れと熱伝達の数値解析"日本機械学会論文集B編. 66・648. 2109-2116 (2000)
• [文献書誌] H.Yoshikawa,T.Ota et al.: "Numerical Simulation of Three-Dimensional Unsteady Flow and Heat Transfer Over a Blunt Flat Plate in Square…"Proc.ASME FEDSM 2000. FEDSM00-11012 (2000)
• [文献書誌] T.Ota,H.Yoshibawa et al.: "Numerical Simulation of Separated Flow and Heat Transfer in a Rectangular Channel with Sudden Expansion"Proc.ASME FEDSM 2000. FEDSM00-11004 (2000)
• [文献書誌] H.Yoshibawa,T.Ota et al.: "Numerical Simulation of Three-Dimensional Separated Flow and Heat Transfer Around an Array of……"Proc.ASME FEDSM 2000. FEDSM00-11033 (2000)
• [文献書誌] H.Yanaoka & T.Ota: "Three-Dimensional Numerical Simulation of Separated and Reattached Flow and Heat Transfer Over Blunt……"Proc.3rd Int.Symp.Turbulence,Heat and…. 597-604 (2000)