乱流制御による熱輸送と運動量輸送の非相似性拡大に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650205
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 黒田 明慈 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90202051)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 工藤 一彦 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40142690)
• Keywords: 乱流制御 / 数値シミュレーション / 乱流熱伝達 / 相似性 / チャネル乱流 / DNS

Research Abstract

壁面から吹出し・吸込みを行う場合に発生する流体中の局所的な圧力勾配の影響による速度場・温度場の非相似性拡大の効果に着目して、乱流場を制御し低摩擦・高熱伝達率の乱流熱伝達場が実現する可能性を探ることが本研究の目的であり,研究初年度である本年度は、制御アルゴリズムや検出値を変更して数多くのシミュレーションを行い、データベースを充実させることに目標を設定した.
まず,バルク流速とチャネル幅で定義されるレイノルズ数が4600のチャネル内乱流を対象として,壁面からの吹出し・吸込み強さや制御位置をパラメータとして計算を行った.しかしながら当初用いたスペクトル法による計算コードでは,計算が不安定となる場合が多く,限定されたパラメータ範囲での計算しか行うことができなかった.結果的に計算ができたパラメータ範囲では,速度場・温度場の非相似性拡大に有効な条件を見出すことはできなかった.また,局所的には,強いスイープ運動に対して吹出し制御を行っている領域で速度場と温度場の非相似性が拡大することを見出しており,この特徴を活かした制御法を行うことが流れ場全体における非相似性の拡大につながると考えられる.
(1)計算の安定性を増してパラメータ範囲を広げる必要性,(2)より自由度の高い制御法の採用,という2点から当初用いていたスペクトル法による計算コードに代えて,新たに差分法による計算コードを作成して用いることとした.現時点では,このコードによって通常のチャネル内乱流が正常に再現されることを確認した段階である.