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本研究は、レイノルズ平均モデルの信頼性向上を目的として、従来のモデルでは検討が不十分であった圧力変動を介在とする圧力拡散項について現象論に基づいた定式化を目指したものである。
研究初年度は、主に一様流中におかれた角柱周りの流れ場について実験と数値シミュレーションから得られた情報を整理した。まず、PIVによる圧力場の推測の精度向上と拡張性についての検討を行った。角柱周りの乱流場に関するシミュレーションを実行し、乱流エネルギーならびにレイノルズ応力の各成分について輸送方程式中の乱流輸送項のバランスを評価した。その結果、変動速度の3重相関から成る乱流拡散輸送と、速度-圧力相関から成る圧力拡散輸送のいずれも、従来のモデル構築の礎となっていた勾配拡散近似を支持するものではないことを見出した。
2年度には圧力-速度変動相関項のモデルに瞬時圧力勾配を用いる方法について検討した。前年度まで検討を続けてきたPIV速度データを用いた圧力場の推測方法を一様な流れに対し直列におかれた鈍頭柱周りの乱流場に適用し、変動圧力-速度相関の推定結果に基づき、レイノルズ応力の輸送方程式の生成項との関連において成分間のエネルギー交換機構を考察した。その結果、上流側の鈍頭柱から放出される渦列が下流側の鈍頭柱に衝突する際、主流に垂直な方向への速度変動が極めて大きいこと、また該当するレイノルズ応力成分の輸送方程式の収支バランスを調べたところ、圧力変動による乱れの生成機構が介在することが明確となった。このことは、従来考慮されてこなかった圧力変動項のモデルがこの種の問題の数値予測にとって不可欠であることを支持するものであり、本研究で主眼とする圧力拡散項のモデルについての指針が示された。
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