壁乱流における乱流制御の新手法の開発

点击翻译按钮获取中文摘要

第1段階として,非圧縮性チャネル流のDirect Numericat Simutation(DNS)を,Fourier展開一差分法により行うコードを作成した.壁に垂直な方向(y)には,差分法を用いたが,2次および3次精度の不等間隔差分法を使用した.Navier-Stokes方程式中の非線型項の近似法については,Arakawa型と回転型を考慮し,チャネル流上半分にArakawa型を,下半分に回転型を適用できるようにした.第2段階では,このコードを,レイノルズ数=180で128^3の格子点数によるDNSに適用し,チャネル上半分では乱流状態が維持されるのにたいし,下半分では乱流の層流化が起きることを示し,過去の報告を確認した.この計算において,剪断レイノルズ応力の収支式のバランスを検討した結果,このバランスは,チャネル流をスパン方向軸まわりに回転した時,安定側で見出されるバランスに相似であり,回転型の打切り誤差の分布は,コリオリ力により生じる項と近い分布をしていることがわかった.この打切り誤差は,非線形k-εモデルで用いられている乱流強度の非等方表現に相当することを誤差解析から示し,層流化の原因を明確にした.但,打切り誤差による分布は,y_+〜15付近に集中しており,回転数として比較した場合,平均としての回転数を同じ値に設定した 回転チャネルよりもより効果的な層流化が起きるので,回転効果の集中化により効率的な層流化・乱流制御が図れるものと考えられ,新手法の提案が期待される.これは今後の課題とした.このデータベースを,層流化過程にあるチャネル流におけるLES乱流モデルの検証に利用した。