Viscoelasticityを考慮したSubgrid-scaleモデルの研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550141
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 堀内 潔 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (10173626)
• Keywords: Larege-eddy simulation / Subgrid-scale 応力 / ストレイン・レイト / 非線形モデル / 粘弾性流体 / Oldroyd構成方程式 / 乱流抵抗削減現象 / 並列化

Research Abstract

本年度においては、第一段階として、高レイノルズ数における検証を目的としてレイノルズ数が150程度の非圧縮性一様等方性乱流のDNSデータの生成を行った.格子点数は512×512×512とし、計算には大阪大学サイバー・メディア・センター設置のSX-5を利用し、ベクトル・プロセッサーの並列化を行うコードを開発した.研究経費その他中の計算機使用料は、この使用料に充てられた.第二段階として、このDNSデータにフィルター操作を施すことにより、Subgrid-scale(SGS)応力テンソルの厳密値を算出し、SGS応力とストレイン・レイト・テンソルの固有ベクトルの平行度の検証を行い、両ベクトルが強い非平行性をもつ事を示した.次に、SGS応力テンソルに非線形モデルを用いた分解を施すことにより、非平行な関係を引き起こす主たる要素を特定した.この要素が、特にストレイン・レイトと渦度が同等な強度をもつflat sheet領域で大きな強度を有し、このため、flat sheetのvortex tubeへの変換過程に大きな影響を与えることを示した.第三段階として、この要素の乱流生成における役割を明らかにするために、この要素の係数の符号を反転させた非線形モデル(variant model)を実際のLES計算に導入して検証し、variant modelにおいてはsheet-tube変換の発生の抑制、したがって、乱流生成の削減が起きる事を示した.次に、このvortex tube構造の生成削減が、粘弾性流体における乱流抵抗削減現象に類似なことに着目して、粘弾性流体にたいするOldroyd構成方程式と非線形モデルの対応関係を解析し、variant modelがOldroyd構成方程式の近似解と相似な事を明らかにして、Newton性流体のSGSモデルとしては非線形モデルが、粘弾性流体のモデルとしてはvariant modelが適切な事を示した.

Research Products

• [Publications] Kiyosi Horiuti: "Roles of non-aligned eigenvectors for strain-rate and subgrid-scale stress tensors for turbulence generation"Journal of Fluid Mechanics. (Accepted for publication). (2003)
• [Publications] Kiyosi Horiuti: "Roles of non-aligned eigenvectors for strain-rate and subgrid-scale stress tensors in vortical dynamics"Bulletin of the American Phys.Soc.. 47・10. 30-31 (2002)
• [Publications] 堀内 潔, 高木 洋平: "渦層に沿う乱流構造の形成過程"第18回東大生研NSTシンポジウム講演論文集. 18. 33-39 (2003)
• [Publications] 堀内 潔: "Subgrid-scale stress tensorとstrain-rate tensorの固有ベクトルのalignment"第17回東大生研NSTシンポジウム講演論文集. 17. 46-53 (2002)
• [Publications] Kiyosi Horiuti: "Dynamic subgrid-scale models in rotating turbulence"Engineering Turbulence Modelling and Experiments, Ed.by W.Rodi, Elsevier Sciences Ltd.. 5. 247-256 (2002)