Numerical investigation on the mechanisms of turbulent momentum and heat transfers by nonlinear multiscale interaction

非线性多尺度相互作用的湍流动量和传热机制的数值研究

• 批准号: 20K14654
• 负责人: 河田 卓也
• 金额: $ 2.25万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14654/
• 关键词: 乱流エネルギーカスケード; 非線形多重スケール相互作用; 壁乱流; 乱流熱伝達; 非線形マルチスケール相互作用; エネルギーカスケード; 乱流拡散; 直接数値シミュレーション; レイノルズ応力の乱流拡散; 乱流熱拡散; 乱流; 非線形マルチスケール相互干渉

前年度の研究で行った平面クエット乱流の大規模数値シミュレーションに基づいた解析により、乱流による運動エネルギー輸送と熱輸送に関して、高主流方向波数領域におけるスケール間輸送に関して特に顕著な違いが見られ、これが乱流による運動量輸送と熱伝達が最も著しく生じるスケールの違いにつながっていることが明らかになった。本年度の研究活動では、乱流エネルギーと熱のスケール間輸送の間にこのような違いが生じる原因を詳しく調査するため、まずは乱流エネルギーのスケール間輸送に着目した詳しい解析を行った。乱流エネルギースペクトルの輸送方程式中に現れるスケール間輸送項をフーリエモードによって分解し、スケール間の乱流エネルギー輸送に関わる３つの波数の組み合わせを整理した結果、スケール間のエネルギー輸送は、（i）２つの比較的大きな波数における速度変動とそれらの波数の差に相当する比較的小さな波数における速度勾配の相互作用と、（ii）２つの比較的小さな波数における速度変動とそれらの波数の和に相当する比較的大きな波数における速度勾配の相互作用という２種類の相互作用によって生じることが明らかになった。平面クエット乱流の大規模数値シミュレーション結果を用いて支配的な役割を果たしている組み合わせを調査したところ、比較的低い波数領域においては（i）の種類のスケール間相互作用により、ゼロに近い極めて小さな波数からエネルギーの再配分が生じる比較的大きな波数領域へエネルギーが直接輸送されていることが明らかになり、これは壁乱流の自己維持機構におけるストリーク不安定性に対応していることが示唆された。また、同乱流維持機構の縦渦再生成過程に対応するエネルギー逆カスケードも同様に極めて小さい端数と比較的大きい波数のタイプ（i）のスケール間相互作用により生じていることが明らかになった。

The previous year's research was carried out and the large-scale data analysis of the planar turbulent flow was carried out. Analytical flow, turbulent flow motion, heat transfer, high flow direction wave number field, and heat transfer The transportation between けるスケールに关して特に顕在なviolationいが见られ、これがturbulence and motion amount transportationと热伝达が最も出しく生じるスケールのviolationいにつながっていることが明らかになった. Reasons for this year's research activities: turbulent flow, heat transfer, turbulence, and transportationししくinvestigationするため、まずはturbulent flow エネルギーのスケールbetween transportationに目した detailしいanalyzeを行った. The turbulent flow of the turbulent flow of the turbulent flow of the turbulent flow of the turbulent flow of the turbulent flow of the turbulent flow of the transmission equation The decomposition of the items in the room Send に关わる３つのwavenumberの组み合わせをorganize the した results, スケール间のエネルギーTransportation, (i) 2つのComparative large wave number and speed change とそれらのwave number の difference に す る comparison small さ な wave number に お け る speed matching の interaction と, (ii) 2 つ の comparison さ な wave number に お け る speed change と それらのwavenumberの和にequivalentする大きなwavenumberにおける speed coordination の mutually The interaction between the two types of action is the same as the interaction between the two species. Plane turbulent flow of large-scale numbers of シミュレーション results をUsing the いて-controlled な service cut を Fruit たし て いる group み合わせを tune Check the interaction between the low wave number field and the low wave number field (i) The small wave number area is redistributed and the large wave number area is compared with the direct delivery of the wave number area. Ming らかになり, これはturbulent flow の self-maintaining mechanism におけるストリーク unstability に対応していることが Show instigation された.また、The vortex regeneration process of the turbulence maintenance mechanism is the same as the turbulence maintenance mechanism. The number and comparison of the large number of wave number のタイプ (i) the interaction between the のスケール生じていることが明らかになった.

项目成果

Scale interactions in turbulent plane Couette flows in minimal domains

最小域内湍流平面库埃特流中的尺度相互作用

• DOI: 10.1017/jfm.2020.1063
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Fluid Mechanics
• 影响因子: 3.7
• 作者: Kawata Takuya;Tsukahara Takahiro
• 通讯作者: Tsukahara Takahiro

Forward and Inverse interscale energy transports in a turbulent plane Couette flow

湍流平面库埃特流中的正向和反向跨尺度能量传输

• 发表时间: 2023
• 作者: SJ Haward;CC Hopkins;AQ Shen;大西正人，寺嶋真伍，山本貴博，藤村幸司，清水裕，山本潔，岩瀬英治，塩見淳一郎;河田卓也
• 通讯作者: 河田卓也

Spectral Analysis on Transport Budgets of Turbulent Heat Fluxes in Plane Couette Turbulence

• DOI: 10.3390/en15145258
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: Energies
• 影响因子: 3.2
• 作者: T. Kawata;T. Tsukahara

平面クエット乱流における多重スケール相互作用による乱流エネルギー輸送

平面库埃特湍流中多尺度相互作用的湍流能量传输

• 发表时间: 2022
• 作者: 吉永司，荒井隆行，横山博史，飯田明由;大西正人，山本貴博，藤村幸司，清水裕，山本潔，塩見淳一郎;河田卓也
• 通讯作者: 河田卓也

低Re回転平面クエット流れにおける粘弾性不安定性

低Re旋转平面Couette流中的粘弹性不稳定性

• 发表时间: 2020
• 作者: Masato Ohnishi;Koji Fujimura;Takahiro Yamamoto;Hiroshi Shimizu;Kiyoshi Yamamoto;and Junichiro Shiomi;仁村 友洋，徐 之霊，河田 卓也，塚原 隆裕
• 通讯作者: 仁村 友洋，徐 之霊，河田 卓也，塚原 隆裕