多重スケール乱流モデルの研究

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従来の乱流モデルは、乱れのエネルギースペクトルが普遍的であると仮定し、乱れの時間スケールを一つしか使用していないため、本来複数の時間スケールを有する乱流を予測する上で原理的な限界が存在していた。本研究は、この問題を克服し、乱れのエネルギースペクトル変化を考慮することのできるより普遍性の高い乱流モデル構築を目的に行われたものである。平成6年度は、圧力歪相関項に現れるRapid項のモデル確立を主たる目的として研究を進めた。まず、平成5年度に開発したモデルを基本にして、LRRモデル、CUBICモデル、SSGモデルなど単一時間スケールモデルにおいて使用されているさまざまなRapid項モデルの可能性について検討し、モデル係数決定の点で多重時間スケール応力方程式モデルに適合しやすく、また、モデル改良の物理的根拠を得ることが容易なSSGモデルをRapid項モデルの基本とすることとした。次に、提案したRapid項モデルを一様剪断乱流に適用し、実験データに基づいてモデル係数の決定を行った。さらに、このモデルを異なった速度勾配を受ける一様剪断乱流、一様歪ダクト乱流、急収縮デクト乱流などに適用し、提案したRapid項モデルの検証を実施した。その結果、本モデルが従来のモデルでは予測が困難であったこれらの乱流を妥当な精度で予測可能であることが明らかとなった。主要設備(ワークステーション一式)は既存設備の約5倍の計算処理速度を有し、数値計算およびプログラミングをより効率的に進める上で、大いに貢献した。