κ-ε乱流モデルの欠陥と改良モデルの提案

κ-ε湍流模型的缺陷及模型改进建议

基本信息

批准号：
62550379
负责人：
小松利光
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1987
资助国家：
日本
起止时间：
1987 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-62550379/
关键词：
乱流モデル κ-εモデル普遍定数

项目摘要

乱流現象を解明するためのアプローチの1つとして, レイノルズ方程式に様々な仮定と近似を用い, 方程式を閉じさせる手法がある. 最近ではκ-εモデルが乱流現象をある程度シュミレートすることのできるモデルとして注目を集めている. しかしながら実験結果とκ-εモデルによる数値解とは十分な一致が見られない場合が多い. 乱流現象を代表する特性量として, 乱れエネルギーκとエネルギー散逸率εを採用しクローズさせるのは妥当であると考えられるにもかかわらず, 実測値との完全な一致が見られないのはκ-ε方程式を構成する項の普遍定数が十分正確に決定されていないことが原因の1つであると考えられる. 本研究はこれら普遍定数の再評価・決定を目的とし, そのためにシンプルな乱流場での詳細な乱れの測定を行なった.まず, 乱れの乱流拡散とエネルギー散逸の卓越した振動格子乱流・粗面振動乱流の実験を行ない, LDV・FLVを使って2方向乱れの同時測定を行なった. ついでグリセリンを加えて動粘性係数νを変化させた実験を行ない, 乱れやεの拡散項とκやεの散逸項を評価し, 定数を決定した. また, 平均流による輸送項と散逸項がバランスした一様格子乱流での測定を行ない, 定数を決定した. 得られた普遍定数値は従来より与えられている値とやや異っており, この新しい定数を用いたκ-εモデルにより精度良い乱流場の解析値が大いに期待される. 唯, ε方程式の生成項の定数C_<ε1>だけは今回の実験では決定出来なかったので, 逆に数値実験を行ないフィッティングさせることにより決定される. 得られた普遍定数値は以下のようである. C_κ=0.23, C_ε=0.138, C_<ε2>=2.0

阐明湍流现象的一种方法是使用雷诺方程的各种假设和近似值来关闭方程。最近，κ-ε模型吸引了人们作为一个模型，可以在一定程度上模拟湍流现象。但是，使用κ-ε模型之间通常没有足够的一致性和数值解决方案。尽管使用湍流能量κ和能量耗散率ε作为湍流现象的代表性并关闭它是合理的，但人们认为找不到与测量值的确切匹配，因为构成构建κ-ε方程的术语的通用常数尚未得到充分确定。这项研究旨在重新评估和确定这些通用常数，为此，我们对湍流场进行了详细的测量。首先，我们对湍流和粗糙的表面振动湍流进行了实验，并使用LDV和FLV进行了双向湍流的同时测量双向湍流。然后，我们进行了一个实验，其中添加甘油以更改运动学粘度系数ν用于评估湍流和ε的扩散项，并评估了κ和ε的耗散项，并确定了常数。我们还以均匀的晶格湍流进行了测量，其中传输和耗散项通过平均流量平衡，并确定常数。获得的通用常数值与过去给出的值略有不同，并且使用此新常数的κ-ε模型高度期望为湍流场提供高精度的分析值。但是，由于在本实验中无法确定ε方程生成项的常数C_<ε1>，因此可以通过执行数值实验和拟合来确定。获得的通用常数值如下：C_κ= 0.23，C_ε= 0.138，C_<ε2>= 2.0