確率微分方程式とランダムフーリエモード法による乱流混合と化学反応過程の解明

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650174
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 酒井 康彦 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20162274)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 健 産業技術総合研究所, 計算科学研究部門, 主任研究官 ; 櫛田 武広 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (90109281) ; 角田 博之 山梨大学, 工学部, 助教授 (10207433)
• Keywords: 確率微分方程式 / フーリエモード法 / 乱流 / 混合 / 化学反応 / 分子混合モデル / 確率密度関数法 / 急激変形理論

Research Abstract

本研究は大筋当初の研究実施計画に基づき,遂行された.以下に研究の進展状況と成果をまとめる.
(1)研究目的(A) 確率微分方程式によるシミュレーション
従来の粒子速度に関する確率微分方程式モデル(円筒座標系での一般化ランジュバンモデル)に加えて,スカラー量に分子混合モデルを導入し,確率密度関数法により,発達した円管内乱流中の軸対称プルームの変動スカラー場の計算を行い,実験と比較した.その場合,分子混合モデルとしては,Dopazoの決定論的モデルとCurlの修正確率混合モデルを試みた.その結果,2つのどちらの分子混合モデルを使用した場合でも,平均濃度と変動濃度rms値の半径方向分布は実験とよく一致した.また,スカラー確率密度関数の下流方向結果を調べた結果,Curlの修正確率混合モデルの混合効果が比較的大きいことがわかった.今後は,速度場のモデルを軸対称乱流噴流場に拡張し,上記の2種類の物質混合モデルを使用して,2次のオーダーの化学反応過程(A+B→C)の計算を行う予定である.
(2)研究目的(B) ランダムフーリエモード法によるシミュレーション
まず,格子乱流中におかれた2次元円柱まわりの時空間3次元乱流場をランダムフーリエモード法と急激変形理論(Rapid Distortion Theory)および後流渦放出モデルをを組み合わせることにより計算する方法を提案し,速度場の2次のモーメント,スペクトル分布などの統計量を実験と比較した.その結果,今回提案された方法は非常によく実験結果を表すことがわかった.今後,2次元翼まわりの乱流場に応用し,分子混合モデルとの結合により,そこでの拡散場および化学反応場の計算を行う予定である.なお,2粒子対逆拡散モデルによる反応性スカラー混合層の数値計算も試みられ,実験とある程度合う結果が得られた.

Research Products

• [Publications] 酒井康彦: "運動学的モデルによる円柱周りの乱流統計量の計算"日本流体力学会年会2001講演論文集. 265-266 (2001)
• [Publications] Yasuhiko SAKAI: "Numerical Simulation of the Axisymmetric Point Source Plume in a Turbulent Pope Flow by the Lagrangian PDF Method"Proceedings of the First International Symposium on Advanced Flusd Information. 657-662 (2001)
• [Publications] 酒井康彦: "Lagrange的pdf法による円管内乱流中における軸対称点源プルームの数値シミュレーション"日本機械学会第79期流体工学部門講演会 講演論文集. CD-ROM paper 807. 1-4 (2001)
• [Publications] 酒井康彦: "PDF法による円管内乱流中のプルーム拡散に関する研究"第51回理論応用力学講演会 講演論文集 NCTAM2002. 283-284 (2002)
• [Publications] 鈴木 健: "フーリエモード法と2粒子対逆拡散モデルによる反応性スカラー混合層の数値計算"第51回理論応用力学講演会 講演論文集 NCTAM2002. 285-286 (2002)
• [Publications] 酒井康彦: "フーリエモード法による円柱周りの乱流統計量の変化に関する研究"日本機械学会東海支部第51期総会講演会講演論文集No.023-1. 3-4 (2002)
• [Publications] Yasuhiko SAKAI: "Turbulent Plume Diffusion in a Pope Flow by the PDF Method"Proceedings of Nagoya Workshop 2001 Tstatistical theories and computational approaches to Turbulince. (印刷中). 1-13 (2002)