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本研究では、航空機の失速予測において重要となる、胴体ー翼結合部における乱流境界層の干渉現象の解明を目指し、側壁のある乱流境界層の高精度乱流シミュレーション(Large-eddy simulatiom: LES)を行う。航空機の失速条件においては胴体と翼の結合部においてしばしば境界層の剥離が生じるが、この剥離現象には、胴体境界層と翼境界層の干渉によって生じる主流方向に軸線を持つ渦(二次渦)が影響していると推測されている。二次渦の効果は既存の乱流モデルでうまく再現できないことが知られており、本研究で得られる高精度乱流データベースの分析を通じて、1)境界層剥離とその結果として起こる失速現象に対する二次渦の影響の定量化、2)乱流モデルの改良への知見の創出、の双方を目指す。
本研究では昨年度までに、実際の航空機に近い10の6乗レベルのレイノルズ数(全長および一様流速度基準)の流れ場条件における側壁干渉流れ場のLESを実施した。この計算結果における運動量輸送の解析により、二次渦が隅部における境界層剥離を抑制していることが定量的に示された。最終年度である本年度は、このLESデータを用いて、二次渦の再現に重要となるレイノルズ応力の非等方性を再現可能な乱流モデルの構築を実施した。この乱流モデルでは、既存乱流モデルにおける速度勾配とレイノルズ応力の関係を見直すことにより、レイノルズ応力の非等方性をより良く表現できるようになった。さらに、この改良された乱流モデルを実際のレイノルズ平均Navier-Stokes (RANS)計算に導入した計算を実施し、従来の乱流モデルと比べて隅部における二次渦と剥離の予測精度が改善することを実証した。
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