計算流体力学の剥離せん断層不安定性増幅問題への適用に関する研究

離散渦点法によるbluff body回りの流れの解析を目的として,1)断面近傍の流れの精度良い再現,2)流体の粘性の導入法に着目し,一連の検討を行った。このうち1)は,従来のBiot-Savart式による誘起速度算出法(直接法と呼ぶ)を用いるとき,渦点同志が接近する場合に避けられない問題である。本研究で対象とするようなbluff body回りの流れでは,物体周囲の剥離せん断層を精度良く再現することが最も重要となるが,物体表面近傍ではこのような渦点同志の接近は頻繁に起こる。本研究ではこの問題点を解決するひとつの方法として,上記の直接法によらず,渦点により構成される場の渦度分布を一旦解析領域内に張られたメッシュ系に配置し直し,流れ関数-渦度のPoisson方程式を解くことにより,速度場を求める手法を用いた。この方法はVortex-In-Cell法(VIC法と呼ぶ)と呼ばれ,以前よりその得失が知られている方法であるが,渦点分布からメッシュ系の渦度分布へ変換する際に何らかの数値粘性が付加される点が大きな欠点である。本研究ではLamb渦の渦度空間分布の時間的拡散と比較することにより,通常のVIC法による数値粘性の大きさを定量的に評価することを試み,メッシュの大きさDELTAx,時間ステップDELTAtを含む定式化を行った。さらに,数値粘性を抑えたVIC法に代わる渦度変換手法を提案した。また2)については,異なるレイノルズ数の解析を行うために通常メッシュの大きさを変える必要があるが,同一メッシュを用い,流れ関数-渦度のPoisson方程式中の時間ステップDELTAtをレイノルズ数に応じて変える方法を新たに提案し,2次元静止矩形断面回りの流れの解析に適用した。その結果,風洞実験によりRe=500付近で観測されているストローハル数の不連続が再現されることが明かとなり,本手法の有効性が確認された。なお,振動物体回りの流れの解析への本手法の適用も可能と考えられ,次の検討課題として更に本研究を継続する予定である。

離散渦点法によるbluff body回りの流れの解析を目的として,1)断面近傍の流れの精度良い再現,2)流体の粘性の導入法に着目し,一連の検討を行った。このうち1)は,従来のBiot-Savart式による誘起速度算出法(直接法と呼ぶ)を用いるとき,渦点同志が接近する場合に避けられない問題である。本研究で対象とするようなbluff body回りの流れでは,物体周囲の剥離せん断層を精度良く再現することが最も重要となるが,物体表面近傍ではこのような渦点同志の接近は頻繁に起こる。本研究ではこの問題点を解決するひとつの方法として,上記の直接法によらず,渦点により構成される場の渦度分布を一旦解析領域内に張られたメッシュ系に配置し直し,流れ関数-渦度のPoisson方程式を解くことにより,速度場を求める手法を用いた。この方法はVortex-In-Cell法(VIC法と呼ぶ)と呼ばれ,以前よりその得失が知られている方法であるが,渦点分布からメッシュ系の渦度分布へ変換する際に何らかの数値粘性が付加される点が大きな欠点である。本研究ではLamb渦の渦度空間分布の時間的拡散と比較することにより,通常のVIC法による数値粘性の大きさを定量的に評価することを試み,メッシュの大きさDELTAx,時間ステップDELTAtを含む定式化を行った。さらに,数値粘性を抑えたVIC法に代わる渦度変換手法を提案した。また2)については,異なるレイノルズ数の解析を行うために通常メッシュの大きさを変える必要があるが,同一メッシュを用い,流れ関数-渦度のPoisson方程式中の時間ステップDELTAtをレイノルズ数に応じて変える方法を新たに提案し,2次元静止矩形断面回りの流れの解析に適用した。その結果,風洞実験によりRe=500付近で観測されているストローハル数の不連続が再現されることが明かとなり,本手法の有効性が確認された。なお,振動物体回りの流れの解析への本手法の適用も可能と考えられ,次の検討課題として更に本研究を継続する予定である。