研究課題
基盤研究(B)
本研究はレイノルズ平均法乱流モデル(RANSモデル)の枠組みでの圧力変動を含む相関項のモデル構築を目的として、実験と数値解析の両面からのアプローチを実行した。実験的には、粒子画像流速計(PIV)による速度場情報から瞬時の圧力分布を求める手法と、微小圧力プローブと熱線風速計による同時計測手法をそれぞれ開発し、これらから得られる乱流等計量から現存する乱流モデルの評価を行った。また、数値解析ではRANSモデルの複雑乱流への拡張と、大規模渦構造を有する乱流場をターゲットとして渦要素法の応用を検討項目に加えた。研究初年度はPIVの光源にYAGレーザーを導入するとともにデジタルカメラを採用し、計測の信頼性を飛躍的に向上させることができた.この事により、一様流中に直列におかれた2つの物体周りの乱流場において、これまでに計測例がない、変動速度-圧力勾配の相関項の評価が可能となった。計測結果から、従来のRANSモデルでは十分に考慮されていない圧力拡散項と乱流拡散項の独立したモデル化が必要であることが示された。また、自由せん断乱流中では微小圧力プローブと熱線風速計を組み合わせた変動速度圧力同時計測を実行し、従来の圧力拡散モデルの成立条件が、乱流エネルギーの平衡状態にあることが明らかとなった。加えて、RANSモデルの性能検証のための実験データベースの構築も行った。一方、圧力場を直接求める必要がない渦法による乱流計算を実行し、大規模渦構造を含む乱流場の工学的なモデリングについて計算労力を考慮するとRANS計算よりも優れているケースがありうることを見出した。また、渦法では専用計算機の導入により今後さらなる計算速度の向上が見込まれ、非平衡乱流場の工学的なアプローチが容易になることを示した。
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