気液乱流場のDNSデータベースの構築とそれに基づく機構論的熱物質輸送モデルの開発

气液湍流场DNS数据库的构建及基于该数据库的机械热质传输模型的开发

• 批准号: 01J03393
• 负责人: 山本 義暢
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J03393/
• 关键词: 乱流熱物質移動; 混相乱流場; 数値流体力学; 直接数値計算(DNS); 気液二相流

本年度は,風波乱流場における乱流熱輸送解析及びその力学モデルに関する考察と擬スペクトル法を用いた高プラントル自由表面における熱輸送機構を対象とした研究を実施した.1.気液乱流場(風波乱流場)におけるDNSデータベースを用い,気液界面近傍における2流体的な乱流構造の解析及びその力学過程を解析するとともに,この組織乱流構造による気液界面を通しての熱輸送機構を明らかにした.以下に得られた主な知見を挙げる.・気液界面近傍の乱流構造に関して,1)液界面を通しての乱流輸送は,界面波頂部のやや風下側において,界面波と気相側のせん断乱流構造による主流方向への直接的な相互作用により行われ,水相側の主流方向乱れ強度はこの位置で最大値をとる.2)そして,界面波の頂部付近では,界面波形の影響により,主流方向成分は抑制され,スパン方向乱れ強度に再配分される.このためスパン方向乱れ強度は,主流方向乱れ強度の最大値点よりもより水面近傍で最大値をとる.3)一方,水相側の鉛直方向乱れ強度は,水面の影響により,乱れの抑制効果が見られ,その変動は乱流によるものではなく,界面波によるものである.従って,本計算条件における風波乱流場における鉛直方向への乱流輸送は比較的不活性である.4)そして,このせん断乱流場と界面波との相互作用には実験室実験で観察された組織乱流構造とよく一致する.・気液界面を通しての熱輸送特性に関して,5)液界面においては,温度乱れが存在するものの,速度場と同様に乱流によるものではなく,界面波に起因するものである.したがってプラントル数の違いもあり,気液界面における熱的境界条件は一定温度に近い状態となっている.6)速度場同様,気液界面を通しての熱輸送は,気相乱流と界面波の相互作用による主流方向への輸送が主因である.7)そして,この気相乱流と界面波の相互作用の影響により,見かけ上の温度境界層の発達を妨げ,固定壁上の流れ等と比較して,温度勾配が緩やかになる.また,2.高プラントル自由表面乱流場における熱輸送機構に対し,擬スペクトル法を用いた計算コードの作成及び大規模計算にも適用可能なMPIによる並列化を実行し,その性能評価を行うとともに,高プラントル乱流場における高波数温度変動の効果と浮力の効果に関する解析を行った.

This year, the analysis of turbulent heat transport and the analysis of turbulent mechanical processes in turbulent potential flow are investigated. 1. The analysis of turbulent structure and the analysis of turbulent mechanical processes in turbulent potential flow near the gas-liquid interface are investigated. The structure of the turbulent flow in the tissue and the interface between the gas and the liquid are communicated with each other. The following is a summary of the results of the study. Turbulent structure near gas-liquid interface 1) Turbulent transport near gas-liquid interface 2) Turbulent transport near gas-liquid interface 2) Turbulent transport near gas-liquid interface 3) Turbulent transport near gas-liquid interface 2) Turbulent transport near gas-liquid interface 3) Turbulent transport near gas-liquid interface 4) Turbulent transport near gas-liquid interface 5) Turbulent transport near gas-liquid interface 7) Turbulent transport near gas-liquid interface 8) Turbulent transport near gas-liquid interface 9) Turbulent transport near gas-liquid interface 10) Turbulent transport near gas-liquid interface 10) Turbulent structure near gas-liquid interface 10) Turbulent transport near gas-liquid interface 10) Turbulent transport near gas-liquid interface The main stream direction component is suppressed, and the direction is disturbed. The maximum value of turbulence intensity near the water surface in the direction of the main flow is equal to the maximum value of turbulence intensity near the water surface in the vertical direction. In this paper, the turbulent transport in vertical direction and the relative inactivity of turbulent potential flow and interface wave are studied. 5) The heat transfer characteristics of the liquid interface are related to the heat transfer characteristics of the liquid interface. 5) The heat transfer characteristics of the liquid interface are related to the heat transfer characteristics. 6) Velocity field homogeneity, heat transfer at gas-liquid interface, transport in main flow direction due to interaction of gas-phase turbulence and interfacial waves, influence of interaction of gas-phase turbulence and interfacial waves, influence of temperature boundary layer on velocity field homogeneity, heat transfer at gas-liquid interface, heat transfer at gas-phase turbulence, heat transfer at gas-liquid interface, heat transfer at gas-phase turbulence, heat transfer at gas-liquid interface, heat transfer at gas-liquid interface, heat transfer at gas-phase turbulence, heat transfer at gas-liquid interface, heat transfer at gas-liquid interface, heat transfer at gas-phase turbulence, heat transfer at gas-liquid interface, heat transfer at gas-The flow rate on the fixed wall is equal to that on the fixed wall, and the temperature is adjusted slowly. 2. For the heat transport mechanism of high-pressure free-surface turbulent flow, the simulation method is used to calculate the structure and large-scale calculation, and the parallelization of the applicable MPI is carried out. The performance evaluation is carried out. The analysis of the effect of high-wave number temperature variation and buoyancy is carried out.

项目成果

高田雅美, 山本義暢, 庄野透, 功刀資彰, 城和貴: "擬似スペクトル法を用いた自由表面乱流場の直接数値シミュレーションの並列化と性能特性"情報処理学会論文誌. (掲載決定).

Masami Takada、Yoshinori Yamamoto、Toru Shono、Motoaki Kuto、Kazutaka Shiro：“使用伪谱方法直接数值模拟自由表面湍流场的并行化和性能特征”日本信息处理学会杂志（决定出版）。

山本義暢, 功刀資彰, 芹澤昭示: "DNS of the Scalar Transfer Across the Gas-Liquid interface in a Wind-Driven Turbulent Flow"九州大学応用力学研究所研究集会報告. 13ME-S1. 1-8 (2002)

Yoshinobu Yamamoto、Motoaki Kuto 和 Akiyoshi Serizawa：“风驱动湍流中气液界面上的标量传递的 DNS”九州大学应用力学研究所研究会议报告 13ME-S1。

Y.Yamamoto, T.Kunugi, A.Serizawa: "Effects of high frequency fluctuations on DNS of turbulent open-channel flow with high Pr passive scalar transport"Annual Report of Quantum Science and Engineering Center Contents of Research Activities. Vol.4. 19,1-19,4

Y.Yamamoto、T.Kunugi、A.Serizawa：“高频波动对高 Pr 被动标量输运的湍流明渠流 DNS 的影响”量子科学与工程中心研究活动内容年度报告。

山本義暢, 功刀資彰, 佐竹信一: "気液せん断乱流場における界面近傍の乱流特性の直接数値計算"第16回数値流体力学シンポジウム講演論文集. (CD-ROM). E13-3-1-E13-3-8 (2002)

Yoshinobu Yamamoto、Motoaki Kuto、Shinichi Satake：“气液剪切湍流场界面附近的湍流特性的直接数值计算”第 16 届计算流体动力学研讨会论文集 (CD-ROM)。 3-8 (2002)

Y.Yamamoto, T.Kunugi, A.Serizawa: "DNS of the scalar transfer accross the free-surface in a wind-driven turbulent flow"12th Int.Heat Transfer Conf.. Vol.3. 45-50 (2002)

Y.Yamamoto、T.Kunugi、A.Serizawa：“风驱动湍流中自由表面的标量传递的 DNS”第 12 届国际传热会议第 3 卷。