自由表面を持つ気液二相乱流の直接数値計算とスカラーの乱流輸送モデルの構築

自由表面气液两相湍流直接数值计算及标量湍流输运模型构建

基本信息

批准号：
06231214
负责人：
小森悟
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06231214/
关键词：
自由表面気液二相流乱流輸送 DNS

项目摘要

本研究は、気液両相が乱流状態で流れる気液二相流に対してDNSを適用し、風波気液界面近傍の乱流構造及びその界面を通してのスカラーの輸送機構を解明することを目的とした。特に、スカラーの気液界面を通しての移動機構の考察に関しては、ナビエ・ストークス式の他にスカラーの拡散方程式を連立させて解くことにより得られるスカラーの統計量及びスカラーと速度の相関量を活用した。具体的には、気液界面を従来の研究のようにスリップ壁として扱うのではなく、完全な自由表面の境界条件を与え、移動境界面としてラグランジュ的に扱う方法に基づいたDNSをウインドシア-が働き、気液界面が波立つ風波界面に対して適用可能なものに拡張する方法を開発した。この場合には、自由表面での応力バランスを界面の接線方向、及び、法線方向にとり、さらに自由表面上で表面張力を考慮した速度と圧力の力学的境界条件を与えた。この自由表面での境界条件に対して気流側と液流側のナビエ・ストークス式、スカラーの拡散方程式、気液界面の形状を決定する方程式を連立させ、5次精度の風上差分法を用いた。このDNSにより得られた速度及びスカラーの瞬間値ならびに乱流統計量を用いて風波界面近傍の乱流構造を考察した結果、波の存在による気流側での流れの剥離、再付着、さらには、液流側での界面シア-による表面更新渦の生成等が明らかになり、気液界面を通してのスカラー移動を支配するのは表面更新渦であることが明らかになった。これらの結果は従来の代表研究者らによる実験による推定結果(J.Fluid Mech.Vol.249,pp,161-183)を証明することができた。

这项研究旨在将DNS应用于气体液体两相流，其中湍流状态中的气体液相流量两个，并阐明风波气体液体界面附近的湍流结构以及通过界面传输标量的机制。特别地，除了考虑通过同时求解标量扩散方程获得的标量和速度之间的Navier-Stokes方程，标量统计和相关性外，还要考虑通过标量的气体界面运动机理的考虑。 Specifically, instead of treating the gas-liquid interface as a slip wall as in previous research, we have developed a method in which windshields use DNS based on a method in which the gas-liquid interface is given boundary conditions for a completely free surface and treating it as a moving interface in a Lagrange manner, and expanding it to something applicable to a wind and wave interface where the gas-liquid interface is wavy.在这种情况下，自由表面上的应力平衡是在界面的切向和正常方向上进行的，此外，考虑了自由表面上表面张力的速度和压力的机械边界条件。在空气侧和液体流动侧，标量扩散方程以及确定气体液体界面形状的方程式的navier-stokes方程同时使用了自由表面的边界条件，并使用了第五阶准确度上风差异方法。使用从该DNS和湍流统计获得的速度和瞬时标量值，风和波界面附近的湍流结构表明，由于波的存在，流动的流动分离和重新分离，并且由于液体流动的液体流动量和范围范围的范围而导致表面更新的表面更新涡流引起的表面更新的形成。这些结果证明了常规代表研究人员的估计结果（J.FluidMech。Vol。249，pp，161-183）。