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）高雷诺数和高马赫数的湍流实验：在风洞的前面安装了带状宽度为250毫米，125毫米和50毫米（所有均为闭合率为36％）的湍流栅格，并安装了2 m x 2 m的吹动部分，并在2 m x 2 m的吹动部分中安装了一个高雷诺（Reynolds）的吹风，并产生了高度的湍流。使用热线风速计研究了湍流能量和粘性耗散率的下游分布。此外，使用热线流量计和粒子图像流量计研究了由多个超音速喷气机的干扰产生的高实数湍流场的特征（PIV：购买了PIV特异性摄像机和专用软件，以牺牲这项研究为代价）。此外，使用Schlieren设备和高速摄像头（都在研究基金购买）将流场可视化。我们不仅研究了可视化，还研究了使用Schlieren图像对湍流场的定量评估。 2）动态晶状体湍流：对于静态模式，从从热线流量计获得的长时间数据中评估了整合时间序列的短时平均值，湍流雷诺数和粘性耗散率，并阐明了缩放规则。结果，即使长期平均粘性耗散率也遵循非平衡尺度定律，即使长期平均平均粘性耗散率遵循平衡尺度定律，即使是遵循非平衡尺度缩放定律。结果发表在《流体力学杂志》上。我们还开始为动态晶格湍流开发直接的数值代码。 3）不稳定的晶格湍流实验：检查了不稳定的晶格湍流实验的条件，其中主流变为正弦形状，并进行了初步实验。 4）为了研究高速数量湍流的非平衡，开发并计算了超音速射流干扰的直接数值计算代码。评估了基本的湍流特征。