高レイノルズ数・高マッハ数非平衡乱流のエネルギーカスケード機構解明とモデル化

高雷诺数/高马赫数非平衡湍流能量级联机制的阐明和建模

• 批准号: 22H01398
• 负责人: 長田 孝二
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Kyoto University (2023)Nagoya University (2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01398/
• 关键词: 乱流; 風洞実験; 数値計算

1) 高レイノルズ数・高マッハ数乱流実験：2 m×2 mの吹き出し部を有する風洞の前面に格子幅250 mm, 125 mm, 50 mmの乱流格子（いずれも閉塞率36%）を設置し、格子レイノルズ数が最大で1.7×10**5の高レイノルズ数格子乱流を生成させた。熱線流速計を用いて乱流エネルギーと粘性散逸率の下流方向分布を調べた。また、複数の超音速噴流の干渉により生成される高マッハ数乱流場の特性を熱線流速計と粒子画像流速計（PIV：本研究経費にてPIV専用カメラと専用ソフトウェアを購入）を用いて調査した。さらに、シュリーレン装置とハイスピードカメラ（いずれも本研究費にて購入）を用いて流動場の可視化を行った。可視化のみならずシュリーレン画像を用いた乱流場の定量的評価法について検討を行った。2) 動的格子乱流：静的モードについて熱線流速計から得られた長時間時系列データから積分時間程度の短時間平均での乱流レイノルズ数と粘性散逸率を評価し、それらのスケーリング則を明らかにした。その結果、長時間平均した粘性散逸率が平衡スケーリングに従う場合であっても、短時間平均した粘性散逸率は非平衡スケーリング則に従うことを明らかにした。結果はJournal of Fluid Mechanicsに掲載された。また、動的格子乱流の直接数値計算コードの開発に着手した。3) 非定常格子乱流実験：主流が正弦状に変化する非定常格子乱流実験の条件について検討を行い、予備実験を実施した。4) 高マッハ数乱流の非平衡性を調査するため、超音速噴流干渉の直接数値計算コードを開発し計算を行った。基本的な乱流特性を評価した。

1)Turbulent flow: 2 m×2 m in the front of the wind tunnel, grid width 250 mm, 125 mm, 50 mm (36% in the middle) Turbulent flow is generated by setting the maximum number of grids to 1.7×10*5. The hot-wire anemometer is used to adjust the turbulence generation and the distribution of viscous dissipation rate in the downstream direction. The characteristics of supersonic jet flow were investigated by hot wire anemometer and particle image anemometer (PIV). In addition, the flow field visualization system is used to visualize the flow field. The quantitative evaluation method of chaotic potential flow is used to evaluate the visual characteristics of the image. 2)Dynamic Lattice Turbulence: Static Turbulence: Long-time Series Turbulence: Short-time Average Turbulence: Viscous Dispersion Rate The result is that the long-term average viscous dissipation rate is balanced, and the short-term average viscous dissipation rate is unbalanced. The results were published in Journal of Fluid Mechanics. Direct numerical calculation of dynamic lattice turbulence 3)Unsteady lattice turbulence: the main flow changes from sinusoidal to unsteady lattice turbulence. The conditions for unsteady lattice turbulence are discussed in detail and implemented in advance. 4)Investigation of nonequilibrium in high velocity turbulence and development of numerical calculation of supersonic jet turbulence Basic turbulence characteristics are evaluated.