Elucidation of dissimilarity between momentum and heat transport in pulsating turbulent flow toward the development of turbulent heat flux model

阐明脉动湍流中动量和热传递之间的差异，以发展湍流热通量模型

• 批准号: 20J10618
• 负责人: 山崎 龍朗
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kansai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J10618/
• 关键词: 乱流; 脈動流; 非定常乱流; 乱流熱伝達; 平行平板間乱流; 直接数値解析; 熱線流速計; 抵抗線温度計

2021年度は運動量輸送と熱輸送の非相似性発現機構に関する知見を拡充し，最終的に非相似性を考慮した乱流熱流束モデルを構築するために，2020年度に引き続き基礎的な平行平板間流れを対象とした直接数値解析（DNS），及び脈動発生機構を有する風洞試験装置を用いた実験計測の2つのアプローチを採用した．直接数値解析では，平行平板間乱流を対象に流体の駆動力である圧力勾配を時々刻々と変化させることで，流量が正弦波状に時間変化する脈動流，及び短時間の間に流量が急激に増加・減少する急加速・急減速流れの解析を実施した．脈動流の解析ではレイノルズ応力と乱流熱流束の輸送方程式の各項の時間変化を調べ，高周波数の脈動流の条件において脈動の周期がエネルギー再分配の時間スケールに近づくことが，レイノルズ応力の各成分の時間変化と流量の時間変化の間に位相差が生じる要因であることを明らかにした．急加速・急減速流れの解析では，脈動流との比較のために脈動流の最大流量と最小流量の間を一定加速度で急加速・急減速する流れの解析を行い，加速度を変化させた場合の影響を調査した．そして，脈動流の場合と同様に，急加速・急減速流れにおいても壁面摩擦と壁面熱伝達は流量の変化に対して異なる応答特性を示すことが分かった．実験計測に関しては，熱線流速計及び抵抗線温度計を用いた速度・温度の計測結果について，国内学会にて発表を行った．ここでは，周期的に変動する諸量（速度変動，温度変動など）と中心流速の位相差を評価し，脈動周波数の変化に対する位相差の変化の傾向が直接数値解析結果と一致することを確認した．

In 2021, the knowledge of motion transport and heat transport dissimilarity detection mechanism was fully realized, and the final dissimilarity was considered to construct turbulent heat flow beam model. In 2020, the basic parallel plate flow model was introduced, and the direct numerical analysis (DNS) and pulsation generation mechanism were used to test the wind tunnel test device. In direct numerical analysis, the pressure of the fluid is matched and changed in time due to the turbulence between parallel plates. The flow rate is a sinusoidal pulsatile flow with time changes, and the analysis of rapid acceleration and rapid deceleration flows in which the flow rate increases and decreases rapidly in a short period of time is implemented. The time variation of each term of the transport equation of pulsating flow and turbulent heat flux is adjusted, and the time variation of each component of pulsating flow and turbulent heat flux is adjusted according to the condition of pulsating flow with high frequency. Analysis of rapid acceleration and rapid deceleration flow; comparison of pulsatile flow; maximum flow rate; minimum flow rate; constant acceleration; rapid acceleration and rapid deceleration; analysis of flow; and investigation of the influence of acceleration on the situation. In the case of pulsatile flow, rapid acceleration and rapid deceleration of flow, wall friction and wall heat transfer, and variation of flow characteristics are shown. The measurement results of the velocity and temperature measured by the hot-wire anemometer and the resistance line thermometer are reported by the Chinese Academy of Sciences. The phase difference of the center velocity is evaluated and the tendency of the phase difference of the pulse cycle number is confirmed by the direct numerical analysis results.

项目成果

ステップ状の流量変化に伴う平行平板間乱流熱伝達の過渡応答に関するDNS

DNS 对由于阶梯式流速变化引起的平行板之间湍流传热的瞬态响应

• 发表时间: 2020
• 作者: T. Shimaya;R. Okura;Y. Wakamoto and K. A. Takeuchi;Kay Tanita;佐々木尽;Yuka Suzuki;山崎龍朗，小田豊，松本亮介，香月正司;山崎龍朗，小田豊，松本亮介，香月正司
• 通讯作者: 山崎龍朗，小田豊，松本亮介，香月正司

脈動乱流場における運動量と熱の輸送機構

脉动湍流场中的动量和热传递机制

• 发表时间: 2021
• 作者: Masaru Isonuma;Junichiro Mori;Danushka Bollegala;Ichiro Sakata;Shimaya Takuro;山崎龍朗
• 通讯作者: 山崎龍朗

ステップ状の流量変化に対するチャネル乱流熱伝達の過渡応答

通道湍流传热对阶梯式流量变化的瞬态响应

• 发表时间: 2020
• 作者: T. Shimaya;R. Okura;Y. Wakamoto and K. A. Takeuchi;Kay Tanita;佐々木尽;Yuka Suzuki;山崎龍朗，小田豊，松本亮介，香月正司
• 通讯作者: 山崎龍朗，小田豊，松本亮介，香月正司

DNS of turbulent heat transfer in pulsating channel flow

脉动通道流中湍流传热的 DNS

• DOI: 10.1299/transjsme.19-00197
• 发表时间: 2020
• 期刊: Transactions of the JSME (in Japanese)
• 作者: 山崎龍朗;小田豊;松本亮介;香月正司
• 通讯作者: 香月正司

脈動乱流における乱れの再分配機構に基づく運動量・熱輸送の局時的非相似性の検討

基于脉动湍流湍流重分配机制的局部动量和热传递时间相异性研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 山崎龍朗;小田豊;松本亮介;香月正司
• 通讯作者: 香月正司