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

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．

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．