軸対称衝突噴流の乱流素過程に基づく乱流モデルの検討と開発

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1)速度場データベースの整備:水を作動流体とする軸対称衝突噴流装置において2次元画像処理流速計を用いて測定した速度場データを整備し,時間平均乱流モデルによる数値予測結果との比較に適したデータベースを構築した.自由噴流領域,衝突領域,放射状壁面噴流領域のそれぞれの領域において,平均速度,乱れ強さ,レイノルズ剪断応力,三重相関などの乱流諸量の測定結果を整理し,平均運動量輸送方程式ならびに乱流エネルギ輸送方程式の各項の分布を,流れ場の軸対称性や壁面漸近条件に留意して算出した.特に,既存の乱流モデルでは精度の高い予測が困難とされるよどみ線(=噴流軸)上について,乱流エネルギ輸送の物理的メカニズムを明らかにし,今後の乱流モデルの改良に資する指針を得た.2)時間平均乱流モデルによる予備計算:市販の数値計算ソフトウェアを用いて,実験と同一条件下での流れ場解析を行い,既存の乱流モデルの予測性能に関する予備的検討を行った.乱流モデルにはk-εモデルと代数応力方程式モデルを用い,壁関数を壁面境界条件として格子依存性のない数値計算結果を得た.上述のデータベースとの比較の結果,両モデルとも衝突領域での予測性能が不十分で,平均速度分布においても大きな誤差が避けられないことが示された.一方,放射状壁面噴流領域の予測は両モデルとも比較的良好であった.このことから,衝突領域に対するモデルの改良の必要性が再確認された.