DNSによる壁乱流再層流化の促進・抑制のための制御方法に関する研究

DNS促进和抑制壁面湍流再层化控制方法研究

• 批准号: 11750141
• 负责人: 太田 貴士
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750141/
• 关键词: 乱流; 再層流化; 逆遷移; 乱流制御; 壁乱流; DNS; 有限差分法; 数値流体力学

流路幅縮小により流速が増加する溝乱流の直接数値シミュレーション(DNS)を実行し,各種流路形状での,高精度乱流データベースを構築した。併せて,一般曲線座標系に適応可能な高次差分スキームによる計算結果の信頼性,複雑な流れ場でのDNSの実用性を確認した。データ解析により,加速を伴う溝乱流の乱れの変化,再層流化,逆遷移過程の発生,促進機構を考察した。特に,乱流統計量に着目して,乱流エネルギーの生成率などの乱れの減少への定量的な寄与を調べた。その結果,以下のことがわかった。レイノルズせん断応力,乱れ強さの各成分および主流方向渦度は,流路幅の縮小率が大きいほど乱れの減少は顕著になる。本計算でも加速パラメータを乱れ強さ減少,再層流化の指標とすること,および実験で示された値が妥当であった。主流方向乱れ強度の変化の様子から,内層,外層に分けることができ,外層では加速に伴って,負の生成の効果が現れる。負の生成効果は,ストリークの引き延ばしに対応しており,その結果,流れの加速は,ストリーク構造には影響せず,特に外層領域でその強度を弱めている。壁面近傍である内層領域では,流路幅の縮小率,流れの加速率に関わらず,両方の項の増減はバランスして,乱れ強さ維持されていると考えられる。流れの加速(順圧力勾配)は,主流方向以外の成分への再配分によるエネルギー供給を制御する効果があり,その結果,主流方向成分の様子に関わらず,主流方向以外の乱れ強さは流路幅全体で減少した。これより,縦渦の変化は,おもに主流方向からの再分配によるところで,2次的なものである。滑り速度を設定した場合,固定壁の場合には,加速区間において,変化することのなかった壁面近傍から乱れ強さの最大値が減少した。乱れ生成と抑制のバランスを崩して,乱れを減少させる効果を作りうることを示した。

Direct numerical simulation (DNS) of turbulent flow with increasing flow velocity due to decreasing flow path amplitude is implemented, and high-precision turbulent flow model is constructed for various flow path shapes. Furthermore, the reliability of the calculation results for the general curvilinear coordinate system is verified, and the practicability of DNS for complex flow field is confirmed. The analysis of flow, acceleration, turbulence, restratification, reverse migration, and promotion mechanisms were investigated. In particular, turbulence statistics are important, and turbulence generation rates, turbulence reduction, and quantitative adjustments are important. The results are as follows: The main flow direction vorticity of each component of the flow path decreases with the decrease of the amplitude of the flow path. This calculation is to accelerate the process of reducing the amount of noise, and to improve the quality of the fluid. The main flow direction is chaotic, the inner layer, the outer layer, the outer layer, the acceleration, and the negative effect. The negative effect of the formation is that the acceleration of the flow, the influence of the structure, especially the strength of the outer layer, is weak. Near the wall, the inner region, the reduction rate of the flow path amplitude, the acceleration rate of the flow path, the increase of the square term, and the maintenance of the chaos. The acceleration of flow (pressure matching) results in the redistribution of components other than the main flow direction and the reduction of the overall flow path amplitude due to the redistribution of components other than the main flow direction. The main stream direction is the redistribution direction, and the second order is the redistribution direction. When the sliding speed is set, the maximum value of the acceleration range decreases when the wall is fixed. The result of chaos reduction is shown in this paper.

项目成果

太田貴士,三宅裕,辻本公一: "加速による溝乱流逆遷移の機構"日本機械学会流体工学部門講演会 講演論文集. 00・14. 62 (2000)

Takashi Ota、Yutaka Miyake、Koichi Tsujimoto：“由于加速引起的凹槽湍流的逆转变机制”日本机械工程师学会流体工程学会论文集，00/14（2000）。

太田貴士,三宅裕,梶島岳夫: "壁面乱流の加速による再層流化に関する研究"B01・3. (2000)

Takashi Ota、Yutaka Miyake、Takeo Kajishima：“壁面湍流加速引起的再层化研究”B01・3（2000）。

Takashi OHTA,Yutaka MIYAKE and Takeo KAJISHIMA: "ON THE REGION AFFECTED BY THE WALL UNDULATION IN A TURBULENT FLOW THROUGH AN ASYMMETRIC CHANNEL"CFD Journal. 1.8・3. 427-735 (1999)

Takashi OHTA、Yutaka MIYAKE 和 Takeo KAJISHIMA：“非对称通道中湍流中受壁面波动影响的区域”CFD 杂志 1.8・3（1999 年）。