| 研究課題/領域番号 |
18K03963
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| 研究機関 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
松山 新吾 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主任研究開発員 (60392841)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | SGS応力輸送方程式 / LES / 平面乱流噴流 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では平面乱流噴流を解析対象として、申請者が過去に実施した研究（科研費基盤研究(C)15K05817、H27～29）により取得した Re = 3000、10000、30000 の DNS データベースを活用しながら SGS 応力輸送方程式型の LES モデリングを実現することを目指す。
平成30年度では、平面乱流噴流の DNS データを利用したアプリオリテストを実施することにより、SGS 応力に関する輸送方程式中に含まれる速度相関項や圧力・速度相関項についてモデリングを行った。より具体的には、DNS データに対して空間フィルタリングを施すことで相関項を計算し、レイノルズ数（Re）への依存性、また、フィルタ幅（つまり LES の格子解像度）への依存性も確認しながら、相関項の主要な性質を調査した。このアプリオリテストにより、SGS 応力の非等方成分も無視できない役割を果たしている可能性が示唆された。
また、RANS におけるレイノルズ応力輸送方程式に関する先行研究を参考にしながら、それらの先行研究で提案されている相関項のモデルとアプリオリテストの結果を比較し、最小限の修正（係数の調整など）で既存モデルの考え方が適用可能であることを明らかにした。
上記の LES モデリングに関する成果に加えて、さらに詳細に Re への依存性を評価するため、Re = 1500、7000、16500 の条件について追加の DNS を実施し、DNS データベースの拡張を行った。追加の DNS により得られたデータベースは平面乱流噴流の Re 依存性を正しく理解するために有用な情報となることが期待される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の研究計画として挙げた、平面乱流噴流の DNS データを利用したアプリオリテストを実施し、SGS応力輸送方程式に含まれる相関項について評価とモデリングを実施できた。
また、DNS データベースを拡充するため、新たな Re 条件（Re = 1500、7000、16500）について DNS を実施することが出来た。得られたデータベースは平面乱流噴流の Re 依存性を正しく理解するために有用な情報として活用されることが期待できる。
以上の成果から、本年度は当初の目標を計画通りに全て達成し、順調に進展していると考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度では、SGS 応力輸送方程式に対する安定な数値解法の構築を目指す。SGS 応力の輸送方程式には移流・拡散・生成項が含まれるが、通常、安定性に影響を及ぼすのは生成項のみである。反応流においては、化学反応によって生じる化学種濃度の変化に関する特性時間は生成レートをモル濃度により微分した量で評価されるが、この特性時間が流れ場の特性時間よりもかなり短い場合、方程式系を安定に解くことが難しくなる。SGS 応力輸送方程式についても同様の特性時間を評価することが出来るため、空間フィルタリングを施した DNS データを利用して特性時間を評価する。この評価においては、フィルタ幅を変化させながら特性時間にどのような傾向がみられるかを留意する。さらに、特性時間の短い項に対するケアとして、反応流の解析で用いられる手法、例えば点陰解法などにより特性時間の短さが緩和されるかを検証しながら、SGS 応力方程式の安定な時間積分法を構築する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
国内在庫の不足により、購入予定であったポスト処理用サーバーを年度内に調達することが不可能となったため、今年度中の調達を断念した。
当該サーバーは次年度の早い段階で購入予定である。
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