剥離と再付着を伴う流れの直接数値シミュレーション

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本研究は、数値流体力学の乱流解析における重点項目である直接解法に確立と応用を目指し、剥離と再付着を伴う流れの標準とも言える後向きステップ流れの直接数値シミュレーションを行ったものである。著者の知る限り、二次元乱流場の剥離・再付着を直接数値解法で解析したのは本研究が初めてである。また、本研究は剥離・再付着流の乱流モデルによる解析法の確立もその目的としている。乱流モデルとしては2方程式モデルと応力方程式モデルの両方に新モデルの構築を試みた。その成果は以下のように要約される。1.剥離・再付着流に発生する圧力の不規則低周波変動や瞬時再付着点の揺動は、剥離せん断層で時々刻々発生・成長・合体を繰返す大規模な渦構造によるものであることが明らかとなつた。2.スパン中央断面における剥離泡の大きさ(再付着剥離)の予測は、二次元解析で十分であることが示された。3.ステップ後方には強い三次元性が存在し、上下壁のみならず、両側壁近傍においても強い順流と逆流が存在する。4.k-ε2方程式乱流モデルに体積力の効果を組込むことに成功した。このモデルは高熱負荷下の剥離・再付着流の解析に有効である。5.応力方程式モデル中の、三次モーメント(乱流拡散)の新しいモデルを提案した。剥離・再付着流のように乱流拡散が支配的な流れ系ではこのモデルは解析精度を数段向上させる。