境界適合格子を用いた乱流LESにおけるダイナミックSGSモデルの定式化と数値検証

使用边界匹配网格制定湍流 LES 中的动态 SGS 模型并进行数值验证

• 批准号: 08650188
• 负责人: 谷口 伸行
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08650188/
• 关键词: ダイナミックSGSモデル; LES; 有限差分法; 有限要素法; 適界適合格子; Scale Similarityモデル; Lagrangeanモデル; 空間フィルター

計算機性能の向上により、乱流直接解析の可能性が開かれたものの適用範囲はごく限られており、直接解析の適用できない複雑な乱流場の解析手段としてラージ・エディ・シミュレーション(LES)が注目されている。LESでは、乱流の主要な変動は直接計算し、計算格子より小スケール運動のみをモデル(SGSモデルと呼ばれる)化するため、統計平均モデルに比べて近似の影響は小さいと考えられている。従来まで、Smagorinshkiモデルと呼ばれる代数式型の簡易なモデル化が広く用いられてきたが、複雑乱流への適用するには多くの欠点が指摘されている。近年では、壁近傍や低レイノルズ数流れでの挙動を正しく予測し、かつモデル定数をダイナミックに決められるダイナミックSGSモデルの適用が注目され、数々の基礎研究が行われている。本研究では、さらに工学的に実用性の高い流れ問題を解析をするために、一般座標系格子の差分法および非構造格子の有限要素法用いた場合の応用解析についてダイナミックSGSモデルへの適用を行った。その際、各々の離散化手法に敵した空間フィルターの定式化とその検証が重要な課題となる。解析対象としては、解析結果の比較・検討のためのデータベースが充実していることから、チャネル乱流を取りあげた。差分法においては、Gaussian空間フィルターとVolume空間フィルターの差分式の精度評価、BardinaによるScale Similarityモデルに基づくダイナミックSGSモデルの定式化とSGS応力分布の予測、局所平均化によるダイナミックSGSモデルの数値不安定性の改善について、チャネル乱流の解析を通して数値検証を行った。一方、有限要素法においては空間フィルターの定式化と非構造格子におけるダイナミックSGSモデルの数値誤差の評価について、同様にチャネル乱流を解析対象として数値検証を行った。

Computer performance の upward に よ り, turbulence directly parse の possibility が か れ た も の の applicable van 囲 は ご く limit ら れ て お り, direct analytical の applicable で き な い complex 雑 な turbulence field analytical means と の し て ラ ー ジ · エ デ ィ · シ ミ ュ レ ー シ ョ ン (LES) が attention さ れ て い る. LES で は, turbulence の main な - move は し, directly to calculate the lattice よ り small ス ケ ー ル movement の み を モ デ ル (SGS モ デ ル と shout ば れ る) change す る た め, statistical average モ デ ル に than べ て approximate の は small effect さ い と exam え ら れ て い る. 従 to ま で, Smagorinshki モ デ ル と shout ば れ る simple algebraic expression type の な モ デ ル change が hiroo く with い ら れ て き た が, complex 雑 turbulence へ の applicable す る に は more く の points less が blame さ れ て い る. Recent で は, low wall near alongside や レ イ ノ ル ズ number flow れ で の 挙 dynamic を is し く to し, か つ モ デ ル destiny を ダ イ ナ ミ ッ ク に definitely め ら れ る ダ イ ナ ミ ッ ク SGS モ デ ル の applicable が attention さ れ, several 々 の basic research line が わ れ て い る. This study で は, さ ら に に of technology be use sex problem of high の い flow れ を parsing を す る た め の に, general coordinate system grid difference method お よ の び non-structural grid finite element method with い た occasions の 応 with analytical に つ い て ダ イ ナ ミ ッ ク SGS モ デ ル へ の line applicable を っ た. そ の interstate, various 々 の discretization technique に enemy し た space フ ィ ル タ ー の demean と そ の 検 card が important topic な と な る. Parsing like と seaborne し て は beg の, parsing results の 検 た め の デ ー タ ベ ー ス が charge be し て い る こ と か ら, チ ャ ネ ル turbulence を take り あ げ た. Difference method に お い て は, Gaussian spatial フ ィ ル タ ー と Volume space フ ィ ル タ ー の differential の review 価 precision, Bardina に よ る Scale Similarity モ デ ル に base づ く ダ イ ナ ミ ッ ク SGS モ デ ル の demean と SGS 応 force distribution の measurement, bureau averageness に よ る ダ イ ナ ミ ッ ク SGS モ デ ル の the numerical instability の improve に つ い て, チ ャ ネ ル turbulence の parsing を tong し て line card of the numerical 検 を っ た. One party, the finite element method に お い て は space フ ィ ル タ ー の demean と non-structural grid に お け る ダ イ ナ ミ ッ ク SGS モ デ ル の の the numerical error evaluation 価 に つ い て, with others in に チ ャ ネ ル turbulence を parsing like と seaborne し て line card of the numerical 検 を っ た.

项目成果

谷口伸行: "差分法および要素法LESにおけるダイナミックSGSモデルの評価" 生産研究. 49-1. 11-18 (1997)

Nobuyuki Taniguchi：“有限差分法和单元法 LES 中动态 SGS 模型的评估”生产研究 49-1（1997）。

Taniguchi Nobuyuki: "Large Eddy Simulation Using Finite Difference Mehrod and Finite Element Metehod" The 2nd Asia Warkshop on Computational Fluid dynamics. 39-44 (1996)

Taniguchi Nobuyuki：“使用有限差分法和有限元法的大涡模拟”第二届亚洲计算流体动力学研讨会。

坪倉誠: "改良型Dynamic Sub-Grid Scale modelのチャネル乱流による評価" 日本機械学会論文集(B編). 62. 3015-3022 (1996)

Makoto Tsubokura：“使用通道湍流评估改进的动态子网格尺度模型”日本机械工程师学会汇刊（B 版）62. 3015-3022 (1996)。

坪倉誠: "スケール相似則モデルの併用によるダイナミックSGSモデルのチャネル乱流LESによる検証" 日本機械学会論文集(B編). 62. 3202-3209 (1996)

Makoto Tsubokura：“使用尺度相似模型验证使用通道湍流 LES 的动态 SGS 模型”日本机械工程师学会会议记录（编辑 B）（1996 年）。

大島まり: "有限要素法による運動量保存-LESによる平均レイノルズ応力の評価-" 生産研究. 48・8. 19-22 (1996)

大岛真里：“使用有限元法的动量守恒 - 使用 LES 评估平均雷诺应力 -” 生产研究 48・8.19-22 (1996)。