非等方性乱流場における熱・質量輸送問題の解法の開発

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本研究の目的は、従来多く用いられてきた等方性乱流モデルを改良するとともに、非等方性乱流場における熱・質量輸送問題の解決を開発することである。本年度はその第一段階として、既存の等方性乱流モデルを搭載する計算コードを拡張し、船尾縦渦の予測精度が重要となる肥大船周りの非等方性乱流場を計算する手法を構築した。対象とした船型は船尾バルブを有しない2種のタンカー船型である。既存のゼロ方程式等方性乱流モデルを拡張し、非等方性影響を考慮したゼロ方程式乱流モデルの検討を行った。計算値を詳細に評価した結果、平均流速場に関しては実験値が示す定性的傾向を良く捉えることが分かった。乱流場の情報に関しては、オーダー的には満足できる結果が得られたものの、実験値が示す詳細な挙動を予測するには至っていなかった。また2レイヤーk-εモデルを搭載した計算手法を上記の2船型に応用し、計算精度の評価を行った。計算値を詳細に評価した結果、上述の乱流モデルの場合と同様、平均流速場に関しては実験値が示す定性的傾向を良く捉えていたが、実験値が示す詳細な情報は捉えられていなかった。この乱流モデルは将来代数応力モデルやレイノルズ応力モデルに拡張することができ、本年度ではその定式化までを完了した。さらに将来高次乱流モデルの性能を評価することを踏まえ、斜航回転楕円体およびwing-body junctionの周囲粘性流場を計算する手法を構築した。今後の課題としては、現在の乱流モデルの高次乱流モデルへの拡張、およびその応用計算が残されているが、本研究の所期の目的はほぼ達成されたものと考えられる。