乱流輸送現象のモデリングと数値解析法

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複雑乱流場の数値解析において、(1)従来経験的になされてきたモデリングを統計理論の側面から見直し、それによってk-εモデル非等方化およびLarge Eddy Simulation(LES)におけるSubgrid乱流モデルの普遍化を図ること、(2)現象を複雑化させる循環流、旋回流、剪断混合層、分散相の存在、電導性、相変化現象などと乱流との相互干渉を記述することのできる適切なモデルの提案および(3)精度の高い実験結果との比較によるモデル検証を共通のテーマとして総合的に研究を進めた。各分担課題の主な成果は次のとおりである。課題1の乱流の統計理論とモデリングにおいては2スケールくり込み理論により導出されたMHD3方程式モデルを逆転磁場ピンチによるプラズマ閉じ込めに適用しこのモデルの効果を確認した。更に、低磁気レイノズル数MHD2方程式モデルを提案し平行平板間乱流を例にとってその有効性を示した。課題2の複雑乱流モデリングと数値解析では、低レイノルズ数型k-ε乱流モデルの有効性を示した。更に、LESのSubgrid乱流モデルとしてBardinaモデルを導入、これが高次の乱流量の評価に有効であることを示した。課題3の複雑乱流における乱流輸送現象のモデリングと数値解析においては噴霧流のモデリングにおいて剪断流の噴霧粒子の揚力および各相の間の速度トリップを考慮するモデルを提案した。更に吹出しを伴なうダクト内乱流に関する詳細な実験解析により流れの層流化現象と乱流組織構造の独自性を見出した。課題4の乱流燃焼のモデリングと数値予測においては、流速の異なる2つの予混合気流の境界に置かれたパイロット火炎中に不活性ガスを添加した場合の混合過程を観察し、火炎による混合の抑制が存在することを明らかにし、この結果を弱い乱れ場にみられるしわ状層流火炎に対するモデリングに活用した。