乱流輸送現象のモデリングと数値解析法

1988 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63613002
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小林 敏雄 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (50013206)
• 研究分担者: 鈴木 健二郎 京都大学, 工学部, 教授 (00026064) ; 水谷 幸夫 大阪大学, 工学部, 教授 (80028993) ; 笠木 伸英 東京大学, 工学部, 助教授 (80107531) ; 吉澤 徴 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (60011649)
• キーワード: 乱流モデル / 乱流輸送現象 / 逆転磁場ピンチ / MHD乱流 / 核融合 / k-εモデル / LES / Subgridモデル / 噴霧流 / 吹出し流れ / 乱流燃焼 / 予混合火炎

研究概要

複雑乱流場の数値解析において、(1)従来経験的になされてきたモデリングを統計理論の側面から見直し、それによってk-εモデル非等方化およびLarge Eddy Simulation(LES)におけるSubgrid乱流モデルの普遍化を図ること、(2)現象を複雑化させる循環流、旋回流、剪断混合層、分散相の存在、電導性、相変化現象などと乱流との相互干渉を記述することのできる適切なモデルの提案および(3)精度の高い実験結果との比較によるモデル検証を共通のテーマとして総合的に研究を進めた。各分担課題の主な成果は次のとおりである。
課題1の乱流の統計理論とモデリングにおいては2スケールくり込み理論により導出されたMHD3方程式モデルを逆転磁場ピンチによるプラズマ閉じ込めに適用しこのモデルの効果を確認した。更に、低磁気レイノズル数MHD2方程式モデルを提案し平行平板間乱流を例にとってその有効性を示した。課題2の複雑乱流モデリングと数値解析では、低レイノルズ数型k-ε乱流モデルの有効性を示した。更に、LESのSubgrid乱流モデルとしてBardinaモデルを導入、これが高次の乱流量の評価に有効であることを示した。課題3の複雑乱流における乱流輸送現象のモデリングと数値解析においては噴霧流のモデリングにおいて剪断流の噴霧粒子の揚力および各相の間の速度トリップを考慮するモデルを提案した。更に吹出しを伴なうダクト内乱流に関する詳細な実験解析により流れの層流化現象と乱流組織構造の独自性を見出した。課題4の乱流燃焼のモデリングと数値予測においては、流速の異なる2つの予混合気流の境界に置かれたパイロット火炎中に不活性ガスを添加した場合の混合過程を観察し、火炎による混合の抑制が存在することを明らかにし、この結果を弱い乱れ場にみられるしわ状層流火炎に対するモデリングに活用した。

研究成果

• [文献書誌] 小林敏雄: 第3回生研NSTシンポジウム講演論文集. 35-41 (1988)
• [文献書誌] 小林敏雄: Proc.The 1st International symposium on Supercomputers for Mechanical Engineering. 47-52 (1988)
• [文献書誌] Kozo Kitoh: Proc.ISATA. (1988)
• [文献書誌] Toshio Kobayashi: Proc.FLUCOME '88. 545-556 (1988)
• [文献書誌] Toshio Kobayashi: Proc.2nd Intn.Conf.on Supercomputing in the Automtive Industry. (1988)
• [文献書誌] 小林敏雄: 第2回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 363-366 (1988)
• [文献書誌] 小林敏雄: 第2回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 371-374 (1988)
• [文献書誌] 小林敏雄: 第6回流体計測シンポジウム資料. 1-6 (1989)
• [文献書誌] 森西洋平: 日本機械学会論文集B. 55. (1989)
• [文献書誌] A.Yoshizawa: The Physics of Fluids. 31. 2276-2284 (1988)
• [文献書誌] A.Yoshizawa: Journal of Fluids Mechnics. 195. 541-555 (1988)
• [文献書誌] A.Yoshizawa: The Physics of Fliuds A. 1. (1989)
• [文献書誌] A.Yoshizawa: The Physics of Fluids B. (1989)
• [文献書誌] 明賢國: 日本機械学会論文集 B. 54. 3003-3009 (1988)
• [文献書誌] 明賢國: 日本機械学会論文集 B. 54. 3512-3519 (1988)
• [文献書誌] H.K.Myong: 日本流体力学会誌. 7別冊. 10-17 (1988)
• [文献書誌] H.K.Myong: Proc.1st KSME/JSME Thermal and fluids Eng.Conf.2. 348-353 (1988)
• [文献書誌] N.Kasagi: 伝熱研究. 28. 4-17 (1989)
• [文献書誌] 香月正司: 日本機械学会論文集. 54B. 993-999 (1988)
• [文献書誌] M.Katsuki: Combustion and Flame. 74. 9-18 (1988)
• [文献書誌] T.Takahashi: Experiments in Fluids. 6. 514-520 (1988)
• [文献書誌] 香月正司: 日本機械学会論文集. 54B. 2911-2916 (1988)
• [文献書誌] Y.Mizutani: First KSME-JSME Thermal and Fluids Engineering conference. 1. 351-355 (1988)
• [文献書誌] 香月正月: 第2回数値流体力シンポジウム. 649-652 (1988)
• [文献書誌] Kenjiro Suzuki: Proceedings of US-Japan Joint Seminar on Two-Phase Flow Dynamics. 1.3.1-1.3.12 (1988)
• [文献書誌] Kenjiro Suzuki: In Transport Phenomena in Turbulent Flows:Theory,Experiment,and Numerial Simulation,Hemisphere. 311-324 (1988)
• [文献書誌] Kenjiro Suzuki: Proceedings of 4th Internatioonal Symposium on Application of Laser Anemometer to Fluid Mechanics. 2.5.1-2.5.6 (1988)
• [文献書誌] Ali.K.A.RAHMAN: 第26回日本伝熱シンポジウム講演論文集.