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LESによる高レイノルズ数壁乱流の大規模乱流構造の解析と温度成層の影響

高雷诺数壁湍流大尺度湍流结构的大涡分析及温度分层的影响

基本信息

批准号：
14750110
负责人：
坪倉誠
金额：
$ 2.43万
依托单位：
The University of Electro-Communications (2003-2004)Tokyo Institute of Technology (2002)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は大きく次の三つの課題に分けられる。(1)中立成層状態の平板チャネル乱流の大規模乱流構造と、壁面極近傍の乱流微細渦構造との関係の解明。(2)中立成層状態の様々な壁乱流における大規模構造の普遍性と圧力勾配や境界形状の影響の解明。(3)平板チャネル乱流の大規模構造に対する温度成層性の影響の解明。この内、(1)(3)についてはそれぞれ一昨年、昨年度実施した。本年度は研究最終年度として(2)の課題について、今まで行ってきた平板チャネル流に加えて円管内乱流のLES解析を行い、その大規模構造の差異について検討を行った。離散化手法には最近開発された、円筒座標系完全保存型高精度差分法を適用した。研究はまず第一ステップとして、1.円管内乱流LESにおける流れ場の、格子解像度、差分離散精度、SGSモデルに対する依存性の検討を行った。結果、特に離散精度に対する依存性が大きく、二次精度ではSGSモデルの影響と差分誤差がほぼ同程度に解に作用し、SGSモデルに期待した効果が得られないことが判った。従って、円管内LESでは四次精度差分を適用することとした。得られた成果は、北京で行われた第6回計算力学世界会議(WCCM)において発表した。次に2.管長が直径の約12倍に匹敵する大規模円管内乱流LESを行い(Reτ=1180)、流れ場を可視化すると共に、得られた統計量、特に主流方向速度スペクトルについて、既に得られている平板チャネル流の解析結果と比較することで、境界形状がもたらす影響について調べた。結果、壁面極近傍のバッファ域で両者の差はほとんど見られないが、対数則域において現れる大規模構造は、円管流の場合、対数則域から外層にかけて、周方向にお互い相互干渉を起こし、その主流方向サイズがチャネル流と比較して小さくなることが判った。得られた成果は速報として、米国物理学会流体力学部門講演会(シアトル)にて発表を行った。

This study is divided into three parts. (1)An explanation of the relationship between large-scale turbulent structures and turbulent microvortices in the vicinity of a neutral stratified plate. (2)An explanation of the universality of large-scale structures, pressure matching and boundary shape effects of neutral stratified state, wall turbulence and boundary turbulence. (3)An explanation of the effect of large-scale tectonic turbulence on temperature stratification in plate turbulence. (1)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19) This year, we will study the topics of the final year (2), and now we will study the differences of large-scale structures, such as LES analysis of turbulent flow in tubes, and so on. The discretization method is suitable for the most recent development, and the cylindrical coordinate system is completely preserved by the high-precision difference method. 1. The study of the dependence of the flow field, lattice resolution, differential discretization accuracy and SGS on the turbulence in the tube. The results show that the dependence of the discrete precision on the SGS is large, the quadratic precision on the SGS is small, and the difference error on the SGS is small. The fourth order precision difference is applied in the tube. The 6th World Conference on Computational Mechanics (WCCM) was held in Beijing. Second, the tube length is about 12 times larger than the diameter, and the large-scale turbulent flow in the tube (Reτ=1180), the flow field is visualized, the statistics are obtained, the main flow direction velocity is obtained, and the analytical results of the plate flow are obtained. The results show that the difference between the wall surface and the adjacent region is opposite to the difference between the wall surface and the adjacent region. The difference between the wall surface and the adjacent region is opposite to the difference between the wall surface. The difference between the wall surface and the adjacent region is opposite to the wall. The difference between the wall surface and the adjacent region is opposite to the adjacent region. The difference between the wall surface and the adjacent region is opposite to the adjacent region. The The results were reported quickly and presented at the American Physical Society's Fluid Mechanics Section Lecture.