格子ボルツマン法に基づく航空機周り高レイノルズ数流れの数値空力音響解析

基于格子玻尔兹曼法的飞机高雷诺数流气动声学分析

• 批准号: 19J12009
• 负责人: 前山 大貴
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J12009/
• 关键词: 直交格子; 高レイノルズ数流れ; 壁面モデル; Large-eddy simulation; 格子ボルツマン法; 直交格子法; 乱流境界層

本年度は，格子ボルツマン法(lattice Boltzmann method; LBM)を用いた高レイノルズ数壁乱流解析を，実用的な計算コストで実現可能にするLES (large-eddy simulation) 壁面近傍モデリングの開発及び，その検証計算を実施した．現在の計算機性能で，航空機周りのような高レイノルズ数流れをLESで解析するためには，乱流境界層内層域における乱流ダイナミクスをモデル化する壁面近傍モデリングの使用が必須である．一方で，LBMは直交格子法に基づく数値流体解析手法であるため，任意形状周りの解析を行う際には計算格子の格子線と物体境界が一致しない物体非適合格子上での解析が必要となる．本研究では，物体非適合格子状でも高精度に高レイノルズ数壁乱流を解析できるように，既存のLES壁面近傍モデリングをさらに発展させた．また提案手法の解析精度を検証するため，格子線と壁面境界が一致する物体適合格子と，一致しない物体非適合格子の両方のケースにおけるチャネル乱流の解析を実施した．その結果，提案手法では，物体非適合格子のケースにおいても，平均速度やレイノルズせん断応力といった乱流境界層のプロファイルが再現できることが確認された．また提案手法の応用計算として，タンデム円柱及び航空機高揚力装置(30P30N)周りの非定常流れ場解析を実施した．タンデム円柱周りの流れ場解析では，円柱表面の圧力係数やパワースペクトル密度などについて，実験結果の傾向が再現されることが確認された．30P30N周りの流れ場解析では，航空機の実形状に近い比較的複雑な形状周りの流れ場であっても本提案手法で解析可能であることを実証し，また表面圧力のパワースペクトル密度について，格子を細かくするほど実験結果に近づく傾向にあることが確認された．

During the year, lattice Boltzmann method (LBM) was used to analyze the turbulence on the wall, and the calculation method was used to realize the possibility of LES (large-eddy simulation) near the wall. The computer performance of the present aircraft is very important for the analysis of the turbulence flow in the inner layer of the aircraft. A square, LBM is orthogonal lattice method, basic number value fluid analysis method, arbitrary shape, cycle analysis, line analysis, calculation lattice line, object boundary, consistency, object does not fit on the lattice, analysis is necessary. In this study, the object is not suitable for lattice shape, high accuracy, high resolution, high resolution, The resolution accuracy of the proposed method is verified. The lattice line and the boundary of the wall are consistent. The object is suitable for the lattice. The object is not suitable for the lattice. The turbulence analysis is performed. The result is that the object is not suitable for the lattice. The proposed method is used to calculate and implement unsteady flow field analysis of the cylinder and aircraft lift device (30P30N). 30P30N cycle flow field analysis, aircraft actual shape, complex shape, cycle flow field analysis, surface pressure coefficient, surface density coefficient The result is that

项目成果

Unsteady turbulent flow simulation using lattice Boltzmann method with near-wall modeling

使用格子玻尔兹曼方法和近壁建模进行非定常湍流模拟

• 发表时间: 2020
• 作者: Maeyama;H.;Imamura;T.;Osaka;J.;Kurimoto;N.
• 通讯作者: N.

Application of Wall-modeled Large-Eddy Simulation based on Lattice Boltzmann Method to External Flow Analyses

基于格子玻尔兹曼法的壁面大涡模拟在外流分析中的应用

• 发表时间: 2021
• 作者: Maeyama;H.;Imamura;T.;Osaka;J.;Kurimoto;N.
• 通讯作者: N.

Validation of Wall-Modeled LES Based on Lattice Boltzmann Method with Turbulent Channel Flow

基于格子玻尔兹曼法的湍流通道流壁面模拟 LES 验证

• DOI: 10.2322/astj.jsass-d-20-00021
• 发表时间: 2020
• 期刊: AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN, THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES
• 作者: Jie Liu;Maegan Fitzgerald;Haohong Liao;Yongmei Luo;Tong Jin;Xiaolan Li;Xuerong Yang;Satoshi Hirata;and Tetsuro Matsuzawa;Maegan A. Fitzgerald;Maegan A. Fitzgerald;Maegan A. Fitzgerald;Maegan A. Fitzgerald;渡辺 亮;渡辺 亮;渡辺 亮;前山大貴，今村太郎，大坂淳，栗本直規
• 通讯作者: 前山大貴，今村太郎，大坂淳，栗本直規

物体非適合直交格子におけるLBMの壁面近傍乱流モデリングの検証

物体不兼容正交网格中 LBM 近壁湍流建模的验证

• 发表时间: 2020
• 作者: Maeyama;H.;Imamura;T.;Osaka;J.;Kurimoto;N.;前山大貴，今村太郎，大坂淳，栗本直規
• 通讯作者: 前山大貴，今村太郎，大坂淳，栗本直規

LBMに基づくチャネル乱流の壁面モデルLESに関する検討

基于LBM的河道湍流壁面模型LES研究

• 发表时间: 2019
• 作者: Maeyama;H.;Imamura;T.;Osaka;J.;Kurimoto;N.;前山大貴，今村太郎，大坂淳，栗本直規;前山大貴，今村太郎，大坂淳，栗本直規
• 通讯作者: 前山大貴，今村太郎，大坂淳，栗本直規