Study on wall stress model and error estimation for practical LES of separated and reattached flow

今年度は昨年度に引き続き，主として壁面モデルLES特有の誤差に起因する計算不安定性について対処した．今年度は，昨年度開発した安定化手法を導入した，壁面モデルLESを熱乱流境界層が発達する燃焼器解析に適用した．その結果，昨年度とは別の原因による新しい不安定性が観測された．この不安定性の原因を調査した結果，以下の事実が分かった．壁面モデルLESを行う際に用いる粗い格子解像度での解析により，乱流成分が十分に生成されない場合，熱乱流境界層内での乱流拡散による熱の移動が十分に行われず，その結果，壁面近傍において，温度が非物理的な値を取る(冷却壁であれば与えている壁温より小さくなる)．結果として，輸送係数などの温度の多項式を用いているモデルでは，非物理的な温度を用いることでモデルが破綻し，計算全体が破綻に至った．この問題に対処するために，今年度は新しく，壁面モデルをベースとした新しいsub-grid scale(SGS)モデルを提案した．これは，壁面モデルによりモデル化されている領域以下はReynolds stressなどの乱流成分が十分に解像されていないと仮定して，その領域のみ追加のSGS成分を与えるものである．粘性係数の計算には壁面モデルにも用いている混合長渦粘性モデルを用いた．また，壁面モデルへの入力位置では乱流成分を十分に解像していると仮定し，この高さ位置ではSGS成分は与えないこととした．つまり，混合長渦粘性モデルで計算される渦粘性係数に，壁で１，入力高さ位置で０の線形なブレンティング関数を掛け合わせることによりSGS粘性係数を計算する．この新しいモデルを不安定であった燃焼器解析に適用した結果，安定に解析を行うことが可能となった．一方で，本提案モデルの課題点も明らかになりつつあるため，より改良が必要であることが分かった．

今年度は昨年度に引き続き，主として壁面モデルLES特有の誤差に起因する計算不安定性について対処した．今年度は，昨年度開発した安定化手法を導入した，壁面モデルLESを熱乱流境界層が発達する燃焼器解析に適用した．その結果，昨年度とは別の原因による新しい不安定性が観測された．この不安定性の原因を調査した結果，以下の事実が分かった．壁面モデルLESを行う際に用いる粗い格子解像度での解析により，乱流成分が十分に生成されない場合，熱乱流境界層内での乱流拡散による熱の移動が十分に行われず，その結果，壁面近傍において，温度が非物理的な値を取る(冷却壁であれば与えている壁温より小さくなる)．結果として，輸送係数などの温度の多項式を用いているモデルでは，非物理的な温度を用いることでモデルが破綻し，計算全体が破綻に至った．この問題に対処するために，今年度は新しく，壁面モデルをベースとした新しいsub-grid scale(SGS)モデルを提案した．これは，壁面モデルによりモデル化されている領域以下はReynolds stressなどの乱流成分が十分に解像されていないと仮定して，その領域のみ追加のSGS成分を与えるものである．粘性係数の計算には壁面モデルにも用いている混合長渦粘性モデルを用いた．また，壁面モデルへの入力位置では乱流成分を十分に解像していると仮定し，この高さ位置ではSGS成分は与えないこととした．つまり，混合長渦粘性モデルで計算される渦粘性係数に，壁で１，入力高さ位置で０の線形なブレンティング関数を掛け合わせることによりSGS粘性係数を計算する．この新しいモデルを不安定であった燃焼器解析に適用した結果，安定に解析を行うことが可能となった．一方で，本提案モデルの課題点も明らかになりつつあるため，より改良が必要であることが分かった．