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本年度はDESを含むハイブリッド計算の基礎的研究として以下の3項目について研究を実施した。
1.チャネル乱流の速度分布の不整合の考察と改良
チャネル乱流の数値計算を行い、RANSとLESを切り替える界面における速度分布の不整合を再現した。乱流モデルとしてRANSとLESともにSmagorinsky型の0方程式モデルを用いる場合とRANSにk-εモデルをLESに1方程式SGSモデルを用いる場合の二通りについて計算を行った。乱流エネルギーや2点速度相関などの統計量を求め、また乱れ速度の構造を調べることで速度分布の不整合の原因を探った。非局所的な効果を適切に取り入れるために、界面に新たなフィルタリングを導入しRANS側とLES側から見た二種類の速度場を定義し、フィルターの幅や位置を最適化することで速度の不整合が解消されることを示した。
2.ハイブリッドフィルターの理論的考察
新たに導入したフィルタリングを理論的に根拠づけるため、Germanoによるハイブリッドフィルターの定式化の拡張を行った。この定式化においてレイノルズ平均の代わりに格子より大きいフィルター幅のフィルタリングを用いることで、一般的なハイブリッドフィルターと本研究で提案したフィルタリングとの関係を考察した。チャネル乱流だけでなく普遍的なハイブリッド計算の可能性を探った。
3.k-εモデルの改良
チャネル乱流の計算において標準k-εモデルだけでなく、実現性条件を考慮して修正したk-εモデルを用いてハイブリッド計算の改良を行った。また剪断乱流だけでなく熱対流乱流への拡張を視野に入れ、チャネル乱流に加えて球殻内の乱流場の計算を行った。その結果乱流エネルギーやその散逸率の境界条件の与え方が重要であることがわかった。
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