乱流素過程のモデリングに関する研究

本年度は,8名の研究者が,互いに連絡を取りながら,各々が基礎的な乱流の素過程を取り上げ,異なる手法を用いてデータベースの構築,モデル化のための研究を行った.鉛直あるいは水平方向浮力を伴う壁乱流,回転を伴う壁乱流,特殊な境界条件を有する壁乱流のDNSデータベースを構築した.スカラーフラックスの輸送方程式モデルの拡張,修正を行い,ステップ剥離流に対してその評価を行った.(笠木伸英)(2)3次元離散渦法において渦要素の挙動に粘性効果を取り込む方法を総合的に検討し,渦要素の核半径を時間的に成長させるモデルおよび渦粘性のSGSモデルが適切であることを明らかにした.軸対称およびヘリカル撹乱を与えたときの円形噴流における渦構造の発展過程を対象に評価が行われた.(木谷勝)(3)直接数値シミュレーションのデータベースに基いて,レイノルズ応力輸送において最も重要な素過程である再分配のモデリングを行った.開発されたモデルは,複雑境界乱流への適用を阻害する壁面効果項を含まず,かつ底層領域にも適用できるという点で一般性が高い.また,レイノルズ応力に関して準線形であるという点で簡明なものである.(島信行)(4)乱流モデルに非局所と間欠性のモデル化を組み込む提案を行った.具体的には2方程式モデルに空間積分型モデルを乱流応力並びに輸送項に適応し非局所性を表現した.ステップ剥離流,異種剪断流の干渉する複雑乱流などに適応して検証した.(中山昭彦)(5)波数空間での乱流の直接シミュレーション結果を基に,逆カスケードをも表せるエネルギー伝達関数モデルを新たに構築した.また,応力と歪みの非線形関係式を組み込んだ2方程式モデルを構築し,種々の複雑剪断乱流の計算を可能とした.更に,スカラー・圧力勾配相関のモデリングを基に非線形スカラー2方程式モデルを構築し,スカラー輸送を伴う複雑乱流解析の道を拓いた.(長野靖尚)(6)軸対称衝突噴流のよどみ領域を対象とした高解像度の速度場測定を行い,乱流応力の各成分の収支を求め,運動量輸送に係わる乱流素過程を調べた.圧力歪相関項のモデリングについて,既存モデルの予測性能を評価した.(西野耕一)(7)Kolmogorovの相似仮説を検証し,相似変数が散逸に依存せず,ほぼガウス分布に従うことを確認した.散逸のマルチフラクタルモデルと連合させて,速度変動のスケール則と統計理論を完成した.(細川巌)(8)ヘリカルな曲がり円管内定常流の線形安定性を検討した.支配パラメーターは管の曲率と捩率で,曲率は安定化に働き,捩率は値が小さいときには不安定化の作用を持つことを明らかにした.(柳瀬眞一郎)

本年度は,8名の研究者が,互いに連絡を取りながら,各々が基礎的な乱流の素過程を取り上げ,異なる手法を用いてデータベースの構築,モデル化のための研究を行った.鉛直あるいは水平方向浮力を伴う壁乱流,回転を伴う壁乱流,特殊な境界条件を有する壁乱流のDNSデータベースを構築した.スカラーフラックスの輸送方程式モデルの拡張,修正を行い,ステップ剥離流に対してその評価を行った.(笠木伸英)(2)3次元離散渦法において渦要素の挙動に粘性効果を取り込む方法を総合的に検討し,渦要素の核半径を時間的に成長させるモデルおよび渦粘性のSGSモデルが適切であることを明らかにした.軸対称およびヘリカル撹乱を与えたときの円形噴流における渦構造の発展過程を対象に評価が行われた.(木谷勝)(3)直接数値シミュレーションのデータベースに基いて,レイノルズ応力輸送において最も重要な素過程である再分配のモデリングを行った.開発されたモデルは,複雑境界乱流への適用を阻害する壁面効果項を含まず,かつ底層領域にも適用できるという点で一般性が高い.また,レイノルズ応力に関して準線形であるという点で簡明なものである.(島信行)(4)乱流モデルに非局所と間欠性のモデル化を組み込む提案を行った.具体的には2方程式モデルに空間積分型モデルを乱流応力並びに輸送項に適応し非局所性を表現した.ステップ剥離流,異種剪断流の干渉する複雑乱流などに適応して検証した.(中山昭彦)(5)波数空間での乱流の直接シミュレーション結果を基に,逆カスケードをも表せるエネルギー伝達関数モデルを新たに構築した.また,応力と歪みの非線形関係式を組み込んだ2方程式モデルを構築し,種々の複雑剪断乱流の計算を可能とした.更に,スカラー・圧力勾配相関のモデリングを基に非線形スカラー2方程式モデルを構築し,スカラー輸送を伴う複雑乱流解析の道を拓いた.(長野靖尚)(6)軸対称衝突噴流のよどみ領域を対象とした高解像度の速度場測定を行い,乱流応力の各成分の収支を求め,運動量輸送に係わる乱流素過程を調べた.圧力歪相関項のモデリングについて,既存モデルの予測性能を評価した.(西野耕一)(7)Kolmogorovの相似仮説を検証し,相似変数が散逸に依存せず,ほぼガウス分布に従うことを確認した.散逸のマルチフラクタルモデルと連合させて,速度変動のスケール則と統計理論を完成した.(細川巌)(8)ヘリカルな曲がり円管内定常流の線形安定性を検討した.支配パラメーターは管の曲率と捩率で,曲率は安定化に働き,捩率は値が小さいときには不安定化の作用を持つことを明らかにした.(柳瀬眞一郎)