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本研究の目的は、研究代表者が97年に提案した、壁面反射再分配項を排除した応力方程式モデルをベースとして、多種多様な乱流を包括的に予測できる乱流モデルを構築することである。
今年度においては、系回転を伴うチャネル内乱流および円管内非定常乱流に対して97年モデルの検証を行った。系回転については、既に検証済みのスパン方向軸まわりの回転に加えて、流れ方向軸および壁面直交方向軸まわりの回転をとりあげた。これらのケースでは、比較対象のデータ自体が十分ではないので、直接数値シミュレーション(DNS)を実行し、データを整備した。流れ方向軸まわりの回転の場合、回転が比較的弱い範囲では、回転によって誘起されるスパン方向速度の分布を含め、モデルはDNSデータをよく再現した。しかし、回転が強くなると速度分布はDNSとは著しく異なるものとなった。これは、せん断応力の1成分の符号がDNSとは逆になることに対応しており、応力方程式モデルのひとつの限界を示唆しているのか、検討中である。壁面直交軸まわりに回転する流れは回転が強くなると層流化する。層流化する臨界点自体はDNSとずれるが、モデルは全体としてDNSの挙動を捉えた。この流れでは、平均流に直接作用する回転効果が主役を演じており、乱流モデルの役割は相対的に低いことが明らかにされた。
円管内非定常乱流については、流量が時間とともに正弦的に変化する流れと直線的に変化する流れをとりあげた。ともに準定常のレベルを超えた非定常性を有する流れに関する実験を対象としてモデル検証を行った。モデルは流量変化に対する乱れの応答を大略捉えたが、定量的には代表者の壁面反射項を含むモデルの予測性能には及ばなかった。回転効果、非定常効果に関する以上の結果は、公表準備中である。
ほかに、周期的な吹き出し・吸い込みを有するチャネル流れにおけるモデル検証を行い、2方程式モデルに優る予測性能を有することを確認し、それを公表した。
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