2013 Fiscal Year Research-status Report
粘弾性流体の壁乱流における二方程式およびレイノルズ応力方程式モデルの構築
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25420131
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
塚原 隆裕 東京理科大学, 理工学部, 講師 (60516186)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川口 靖夫 東京理科大学, 理工学部, 教授 (20356835)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 乱流 / シミュレーション工学 / 熱工学 / 乱流モデル / 粘弾性流体 |
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| Research Abstract |
本研究課題は，二方程式モデルおよびレイノルズ応力方程式モデルをフレームワークとして，ニュートン流体で開発されてきた各種乱流モデルを粘弾性流体について拡張し，流体の粘弾性的寄与や構成方程式自体に要されるモデルを新たに構築することを目的としている．これと平行して，直接数値解法に基づくシミュレーション（DNS）や界面活性剤水溶液などを用いた実験により複雑流路における現象解明と乱流統計量のデータベース構築を行い，提案する粘弾性流体用の乱流モデルの高度化を図る．
今年度は，現在までに構築してきたDNSデータベース（平滑なチャネル流路）に基づき，ニュートン流体用の低レイノルズ数型k-εモデルを粘弾性流体向けに拡張し，粘弾性乱流におけるモデル化およびモデル定数決定の修正点を整理した．検証用のデータベースとして新たに高いレイノルズ数とワイゼンベルグ数についてDNSを実施して，提案する乱流モデルの広範な条件での検証が行えるようになった．k方程式中の粘弾性応力寄与項のモデル化が問題であったが，構成応力の各方向成分について従来よりも定性的に良好な再現性をもたらし得るモデル式を提案した．また，非線形k-εモデルの導入による検証も行い，現状のモデル（従来のニュートン流体向けモデル式）の問題点を明確にした．
複雑流路に適応した乱流モデル構築を念頭におき，今年度は複雑流路内乱流のDNSを実施した．流路としては，3次元形状を有する平板を流れに直交させて設置し，3次元的な剥離・再付着現象の解析を行った．特に，平板後流に生じる大規模な縦渦の特性を評価し，粘弾性流体の流れにおける変化を明らかにした．また，複雑流路の実験系も構築し，界面活性剤水溶液などの粘弾性流体の実験を開始した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度の目標である高レイノルズ数・高ワイゼンベルグ数の平滑流路におけるDNS，及びこのデータベースに基づく低レイノルズ数型k-εモデル拡張版の検証と非線形k-εモデルの導入が実施できた．加えて，平板周りの粘弾性流体乱流のDNSを行い，次年度以降の複雑流路における乱流モデルの検証の基盤を構築することができた．水路実験による検証を目的に，今年度はその実験系の製作を行い，概ね完成している．
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| Strategy for Future Research Activity |
構成方程式中の非線形項のモデル化と渦粘性係数に関るモデル定数の決定は，アプリオリ・テストによって方針が立ってきたが，それら新規モデル式を全て安定させて計算を実行するための工夫が必要となってくる．乱流モデル計算の数値安定性について文献を調査しつつ，高度化を進めていく．一方，OpenFOAMなどのCAEソフトウェアを導入し，複雑流路における流体解析を容易に行えるよう環境を整える．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
研究計画通りに予算を執行したが，当該残金が小額であり適当な使途が発生しなかったため，次年度に繰り越す．
大型計算機利用料の一部にあてる．
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