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

2002 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 ; 中村 祐二 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (50303657) ; 角田 博之 山梨大学, 工学部, 助教授 (10207433)
• Keywords: 確立微分方程式 / 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

平成14年度の研究は前年度の継続として遂行された.研究の進展状況は以下の通りである.
目的(A)確率微分方程式によるシミュレーション
前年度に引き続き,確率密度関数法により,円管内乱流中の軸対称点源ブルームの計算を行った.また,本年度新たに,円管内乱流中の壁面上軸対称線熱源からの熱拡散場を計算した.分子混合モデルとしてはDopazoのモデルを使用した.計算結果は温度の二次モーメントまで実験とよく一致することを確認した.さらに,これまでの速度場のモデル(主流方向に一様な乱流場に対する円筒座標系での一般化ランジュバンモデル)を軸対称乱流噴流場に適用できるように拡張し,分子混合モデルとしてDopazoのモデルにより,保存スカラー場の計算が行われた.その結果,十分な精度でスカラー場の3次モーメントまでの予測ができた.これらの結果は順次学会などで公表する予定である.また,今後は2次反応乱流場の計算を行う予定である.
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
本年度はランダムフーリエモード法と急激変形理論を組み合わせることにより,乱流中の各種鈍頭物体周りの乱流場をシミュレートする手法を開発した.この方法では,大スケールと小スケールの渦運動の重ね合わせで乱流場を表現する.大スケールの渦の運動をスカラーポテンシャル乱流場によりモデル化し,小スケールの渦運動を物体周りの渦度の変化を表した理論式によりモデル化した.この方法により,対称翼周りの乱流場をシミュレートし,従来の結果と矛盾のない統計量の変化が計算された.今後は,分子混合モデルとの結合により,物体周りの拡散場および化学反応場の計算を行う予定である.さらに,ランダムフーリエモード法の応用として,一様等方性乱流中の物質線の特性も調べられた.

Research Products

• [Publications] Yasuhiko SAKAI: "Turbulent Plume Diffusion in a Pupe Flow by the PDF Method"Statistical Theories and Computational Approaches to Turbulence (Modern Perspective and Applicators Global-Scale Flows Spronger-Verlag). 113-126 (2002)
• [Publications] 酒井康彦: "フーリエモード法による鈍頭物体周りの乱流統計量の計算手法の開発"日本機械学会東海支部第52期総会講演会 講演論文集. No.033-1. 29-30 (2003)
• [Publications] Yasuhiko SAKAI: "Simulation of Turbulent Diffusi n and Reactive Flows by the PDF Methods"京都大学数理解析研究所講究録. (印刷中). (2003)
• [Publications] 酒井康彦: "確率密度関数法による円管内乱流熱拡散場のシミュレーション"日本機械学会第81期流体工学部門講演会 講演論文集. (発表予定). (2003)
• [Publications] 酒井康彦: "ランダムフーリエモード法による乱流中の物質線の統計的特性に関する研究"日本機械学会第81期流体工学部門講演会 講演論文集. (発表予定). (2003)