普遍的なLESを実現するSGS応力方程式型モデリングの研究

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K03963
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分19010:流体工学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
• 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)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: SGS応力輸送方程式 / LES / 平面乱流噴流 / 高レイノルズ数

研究成果の概要

本研究では平面乱流噴流の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した。
最初のステップとして、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。さらに、LESソルバーにSGS応力輸送方程式モデルを組み込み、風上型補間スキームと散逸項に歪時間スケールを導入することで安定な数値解法を構築することに成功した。
以上の成果により、SGS応力方程式型の新たなLESモデリングを実現した。

自由記述の分野

乱流工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

解析対象の流れ場に応じたSGSモデルのチューニングが一切必要なく、粗い計算格子を用いても良い結果が得られるようなLESは誰もが望む理想像である。
本研究において構築されたSGS応力方程式型のモデルでは仮定に基づいたSGS応力のモデリングを行わずに輸送方程式を直接解くため、モデルチューニングの必要性がない。また、SGS応力方程式によってSGS乱流成分が陽的に計算されるため、格子が粗い場合にはSGS乱流成分の寄与が増加して格子解像度に対する依存性が解消される。今後、SGS応力方程式型のLESモデリングが誰にでも使いやすい普遍的なLESモデルとして広く普及することを期待する。