直接数値シミュレーションを用いた乱流構造の非定常挙動に関する研究

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乱流の直接数値シミュレーションの供出するデータを用いて乱流の準秩序構造の非定常挙動を観察することは,乱流構造解析において有効な手段であるにもかかわらず取り扱うデータが極めて膨大となることからその実現には困難が伴う。本研究では,シミュレーションプログラムと可視化プログラムをリンクさせることによりこの問題点を解決して,各種変動物理量の等値面を抽出,可視化しその時系列データを動画として記録するシステムを構築した。さらにこのシステムを利用して,二次元チャネル内乱流中のストリーク構造.渦構造,イジクション・スイ-プの時空間的挙動をDELTAt^+=357にわたって動画として記録した。これらの観察を通じ,乱流構造の発生,発展,消滅の課程に対して検討を加え,以下のような知見を得た。1.渦構造と強い乱流応力の発生領域は,空間的に近接して存在し,これらの領域は空間的に間欠性をもって分布している。このうち運動が活発な領域においては,複数の渦構造が連続的に発生し,活性化された状態は数百nu/u_<tau>^2以上にわたって継続する。2.渦構造,イジェクション,スイ-プの内ではイジェクションがもっとも安定して存在し続け,観察時間中において移動・変形を繰り返すが,不活性領域に新たにイジェクションが発生することは,極めてまれである。また,渦構造の発達にともなってイジェクション領域が拡大することはあっても,新たに発生することはなく,むしろイジェクション領域の下流部において渦の発生が確認されることが多く観察された。