複雑乱流場のラージ・エディ・シミュレーションにおける数値計算法の安定性と解析精度

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650168
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 谷口 伸行 東京大学, 情報基盤センター, 助教授 (10217135)
• 研究分担者: 大島 まり 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (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 / 差分法 / 有限要素法 / 非定常流れ / 計算安定化 / 数値計算誤差

研究概要

LES実用化の観点からはSGSモデルと数値誤差の効果を同時に考慮した最適化が求められる。そこで、乱流現象の特性を保存しながら数値的な安定性を保証できる計算法の構築と、数値誤差を前提としたSGSモデルの再評価について検討した。今年度は特に、以下に挙げる着想から理論的検討を進め、数値誤差とSGSモデルの関連に着目した基礎的な数値検証から予備的な評価を行た。1)差分法や有限要素法にょるダイナミックSGSモデルの定式化に関して、差分誤差の影響を受けにくい修正モデルとして格子フィルタ幅を陽に含まないSGS応力定式を提案し、チャンネルなどの基礎的流れにおいてパラメータ依存性などの数値検証を行った。2)DNSデータから抽出される微細組織渦に着目して空間フィルタにより選別される構造を一様等方乱流場DNS対して解析し、SGSモデルの適合性を検討した。3)乱流LESの数値不安定を解消するための陽的な高次空間フィルタリング法を最適化し、それを一般座標系格子LESに採用して実用検証例を示した。4)乱流LESにおける流入変動の影響を軸対称バーナ流れにおいて検討し、適切な不安定モードの導入方法を提案した。軸対象および2次元壁衝突噴流DNSに適用し渦構造への影響を調べた。これらのLES非定常解析法の応用としては、粒子混相乱流のLES解析、燃焼器の予混合火炎およびバーナ拡散火炎のLES解析、脈動を伴う脳動脈血流の非定常解析などの解析事例において適用性を確認した。

研究成果

• [文献書誌] M.Tsubokura: "Development of the Isotropic Eddy Viscosity Type SGS Models for the Dynamic Proceeding Using Finite Difference Method and its Assessment on a Plane Turbulent Channel Flow"JSME International Journal, Series B. 44. 487-496 (2001)
• [文献書誌] 坪倉 誠: "差分法ダイナミックモデルに適したSGS乱流モデルの構築(第2報:SGSスカラー流束のモデル化)"日本機械学会論文集B編. 67・664. 3076-3084 (2001)
• [文献書誌] T.Kobayashi: "Visualization of Unsteady Fluid Flows by Using Large Eddy Simulation"KSME International Journal. 15・12. 1750-1756 (2001)
• [文献書誌] 朴 南〓: "ダイナミックサブグリッドモデルを用いたG方程式による保炎器回りの乱流予混合燃焼流れのLES"日本機械学会論文集(B編). 67・659. 1609-1616 (2001)
• [文献書誌] N.Park: "Application of Dynamic Subgrid G-Equation Model to LES of Turbulent Premixed Flame Over Backward Facing Step"Turbulence and Shear Phenomena Second International Symposium Vol3, pp.291-296. 3. 291-296 (2001)
• [文献書誌] N.Taniguchi: "Scalar and Particles Transport in Combustion Jet Flows"3^<rd>International Symposium on Advanced Energy Conversion Systems and Related Technologies (RAN2001). (2001)
• [文献書誌] H.Hirohata: "Large Eddy Simulation of a Non-Premixed Jet Flame"3^<rd> International Symposium on Advanced Energy Conversion Systems and Related. (2001)
• [文献書誌] 伊藤裕一: "航空機ガスタービン予混合燃焼器流れのLES"日本機械学会計算力学講演会講演論文集. G1101 (2001)
• [文献書誌] 雷 康斌: "固気混相乱流のFull Way Coupling LESに及ぼす補間制度の影響"日本混相流学会年会講演会2001講演論文集. 79-80 (2001)
• [文献書誌] K.Lei: "Full Way Coupling of Large Eddy Simulation for Particle-Laden Turbulent Flows Using New Dynamic SGS Models"Turbulence and Shear Phenomena Second International Symposium. 12. 111-116 (2001)
• [文献書誌] K.Lei: "A New Dynamic SGS Model for Large Eddy Simulation of Particle-Laden Turbulent Flows"Third AFOSR Int. Conference on DNS/LES (TAICDL). 1-4 (2001)
• [文献書誌] K.Kieda: "Numerical Simulation of 3-Dimensional Flow Fields around an Airfoil for Wind Turbines"The 20^<th> ASME Wind Energy Symposium. AIAA-2001-0057. 333-339 (2001)
• [文献書誌] M.Oshima: "Finite Element Simulation of Blood Flow in the Cerebral Artery"Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, ELSEVIER. 191. 661-671 (2001)
• [文献書誌] M.Oshima: "Experimental and Numerical Investigation of Blood Flow in the Cerebral Artery"2nd European Conference on Computational Mechanics. 100-101 (2001)
• [文献書誌] M.Oshima: "Numerical study of Hemodynamic Effect of Intracranial Aneurysms"The 1st International Symposium on Advanced Fluid Information. 131-136 (2001)
• [文献書誌] M.Oshima: "Numerical Investigation of Geometry Factors in Hemodynamics of Intracranial Aneurysms"The 6th U.S. National Congress on Computational Mechanics. 368 (2001)