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乱流エネルギー生成機構と秩序構造の相関の研究

湍流能量产生机制与有序结构相关性研究

基本信息

批准号：
08650189
负责人：
堀内潔
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

第一段階において、スペクトル法と差分法を併用して、チャネル流、および、混合層流の3次元Direct Numerical Simulation(DNS)を行うコードを作成した.第二段階では、このコードを用いて、高ならびに低レイノルズ数におけるチャネル流・混合層流の計算を行い、DNSデータを生成した.用いた格子点数は、チャネル流、混合層流において、各々、最大384x257x384および512x180x192であった.第三段階として、これらのDNSデータにフィルター操作を施し、全スケールを格子以上(Grid scale,GS)とそれ以下(Sub-grid scale,SGS)に分離したLarge Eddy Simulation(LES)データを生成した.第四段階では、このデータを用いたGS-SGS間のエネルギー伝達の解析を行い、伝達方向は、平均としてはGSからSGSへの順カスケードであるが、無視できない強度のSGSからGSへの逆カスケードが起きること、SGS生成項中のShear成分では順方向が支配的であるのに対し、Normal成分では順方向と逆方向がほぼ等分に起きることを示した.これは、Shear成分には平均のShearが含まれるためであり、この傾向は高レイノルズ数においてより顕著になる.したがって、逆カスケードが起きる頻度も、高レイノルズ数において減少する.このため、空間局所的な秩序構造の抽出には、平均Shearが含まれないNormal成分に着目する方法が適切であり、本研究では、エネルギー伝達機構と乱流場中の秩序構造との相関を、逆カスケードの発生機構を中心に解析した.まず、大きな逆カスケードが発生する領域を条件付アンサンブル平均(VISA)法により抽出し、同領域に対応して抽出した過度の分布を解析した.この結果、チャネル流では壁面に垂直な渦に、また、混合層流では下流方向に軸をもつBraid領域のRib渦に沿って、大きなSGSエネルギーの生成が起きること、また、これらの渦は何れの流れ場においても楕円形状の断面を有し、順・逆カスケードはその4象現で起き、4重極的構造をもって分布していることを示した.第五段階として、こうしたSGSエネルギーの生成構造の近似能力の観点から、SGS Reynolds応力に対する各種SGSモデルの検証を行った.その結果、等方型渦粘性係数モデルは4重極構造を全く表現できず、非等方型渦粘性係数モデルでは改善が見られるが、スケール相似則に基くモデル、特に、Filtered-Bardinaモデルが最も近似精度が高いことを示した.更に、これらのSGSモデルの精度を、渦構造の時間発展の追跡から動的に検証し、この検証においても、スケール相似則モデルの精度が高いことを示した.これらの結果は、GS渦度の支配方程式中のStretching項の近似精度に依存していること、特に、等方型渦粘性係数モデルにおいては渦度の拡散のみが表現され、渦の伸長が正確に近似されないことを示した.

The first stage is composed of three dimensional Direct Numerical Simulation(DNS) of mixed laminar flow, mixed laminar flow and mixed laminar flow. In the second stage, DNS data is generated by using this device to calculate the chaotic and mixed layer flows with high and low network traffic. The maximum number of grid points used is 384 x 257 x 384 x 512 x 180 x 192 x 192. The third stage is the DNS operation, the Grid scale (GS) and the Sub-grid scale (SGS). In the fourth stage, the Shear component of the SGS generation term is dominated by the reverse direction, and the Normal component is dominated by the reverse direction. The average Shear component is contained in the Shear component and tends to be higher in the shear component. The frequency of occurrence and decrease of high frequency of occurrence and decrease of high frequency of occurrence. The method of extracting the order structure of space agency, including the Normal component, is suitable. In this study, the order structure of space agency, the correlation of the order structure and the inverse Shear structure of space agency are analyzed. The VISA method is used to analyze the distribution of the data in the same domain. As a result, the vortex generation in the vertical vortex field, and the vortex generation in the vertical vortex field. The fifth step is to verify the approximate ability of SGS generation structure and SGS Reynolds force. Results: Isotropic eddy viscosity coefficient: 4-pole structure: full performance: non-isotropic eddy viscosity coefficient: improvement: basic eddy viscosity coefficient: special eddy viscosity coefficient: Filtered Bardina eddy viscosity coefficient: best approximation accuracy: high approximation accuracy: high approximation: high approximation accuracy: high approximation accuracy: high approximation: high approximation accuracy: high approximation accuracy: high: high approximation accuracy: high approximation: high approximation accuracy: high: high approximation accuracy: In addition, the accuracy of SGS data, the time evolution of vortex structure, the tracking of vortex structure, the detection of vortex structure, the similarity of vortex structure, and the accuracy of vortex structure are all high. The results show that the approximation accuracy of the Stretching term in the governing equations of GS vorticity depends on the viscosity coefficient of the iso-square vortex, the dispersion of the vorticity and the elongation of the vortex.