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レイノルズ平均モデル(RANS)とラージ・エディ・シミュレーション(LES)を組み合わせるハイブリッド計算法は、高レイノルズ数の壁面乱流を数値予測するための有力な方法である。デタッチド・エディ・シミュレーション(DES)を含むハイブリッド計算の基礎的研究を行った。主な研究成果は以下のとおりである。
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。乱流モデルとして混合距離モデルとk-εモデルを用いる場合について計算を行った。乱流エネルギーなどの統計量を求め、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と応用
新たに導入したフィルタリングを理論的に考察するため、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。本研究で提案したフィルタリングがハイブリッドフィルターの差分近似と解釈できることを示し、その理論的根拠を与えた。またフィルターの幅と位置を与える式を導き、低レイノルズ数および高レイノルズ数のチャネル乱流に適用して検証し、実際に速度の不整合がなくなり良い速度分布が得られることを示した。またGermanoのハイブリッドフィルターと、確率的な外力によるハイブリッド計算の改良方法との関係について考察した。
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