乱流秩序構造による乱流混合の定量的理解

使用湍流有序结构定量理解湍流混合

• 批准号: 14750128
• 负责人: 後藤 晋
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: National Institute for Fusion Science
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750128/
• 关键词: 乱流; 乱流混合; 秩序構造; 渦; 流体線; 流体面; 流体力学

乱流(強く乱れた流れ)は、分子運動と比べて非常に強力な混合能力を有する。このことは直感的には明らかかも知れないが、乱流が如何にして強い混合を産み出しているかの詳細の大部分は未知のままである。乱流混合はさまざまな流れにおいて本質的な役割を果たすので、本研究ではその(最終的には制御まで視野に入れた定量的な)理解を目指す。ところで、乱流の直接数値計算技法や実験技術の発達によって、乱流中には秩序だった渦構造が普遍的に存在することが知られるようになった。そこで、これらの秩序渦構造という概念が乱流混合の理解の足掛かりになることを期待して研究を進めている。研究手法は直接数値計算に基づく数値解析および理論解析である。空間の3方向ともに周期境界条件を課した非圧縮流体の乱流とそれによって移流される流体線や面(物質線や面)の直接数値計算を実行した。流体線や面の変形や伸張を理解することにより乱流混合の理解を試みる。なぜならば、流体面は流体の2つの部分の境界面であるので、その変形や伸張は乱流混合の一面を特徴づけると考えられるからである。さて、上の直接数値計算結果の詳細な解析により、今年度は以下を明らかにした。(1)秩序渦構造は管状であり、その半径方向は乱流の最小長さおよび時間(コルモゴロフ長さ・時間)で特徴づけられる。一方、長さ方向は半径方向と比べてずっと長い。(2)これらの管状秩序渦構造は互いに反平行に揃う傾向がある。(3)反平行渦対はその断面上で2つの双曲型の淀み点をもち、その付近で常に流体線や面の強い伸張が起こっている。(4)その結果、流体線の全長や流体面の全面積は指数関数的に増大する。流体面の指数関数的な伸張は乱流の強い混合能力を反映していると考えられるので、以上の結果により、これまで全く未知であった乱流による強い混合の起源の一端を垣間見ることができたと考えられる。

Turbulence (strong turbulence), molecular activity is more powerful than turbulence, and the mixing ability is weak. It is clear that you know how to mix with others, and that most of them are unknown. In this study, we should understand the target of this study (the most important one in this study is the control system). The direct calculation techniques of turbulence and turbulence have reached the level of accuracy, and the order in turbulence creates a common problem. We are looking forward to the progress of the research on the concept of turbulence. The research method "direct number" calculation "base number" analysis "theoretical analysis". In the space of three directions, the boundary condition of the cycle is different from that of the non-linear fluid, the turbulent flow, the transfer flow, the surface of the fluid (the physical surface), and the calculation of the boundary conditions. The surface shape of the fluid is extended to understand the turbulence mixture and try to understand it. The surface of the flow, the surface of the fluid, the part of the environment, the interface, the shape, the shape, the mixed flow, the boundary, the boundary, the The results of the direct calculation and calculation are as follows: this year, the following figures will be clear. (1) the order is to set up the minimum long-term operating time of the turbulent flow in the direction of the tube and the radius of the tube. One side, the long direction, the radius direction is longer than the radius direction. (2) the order of the tube is not parallel to each other in the direction of the tube. (3) on the anti-parallel cross section, the hyperbolic deposition point is close to the normal fluid surface, and the surface is strongly extended. (4) the significant correlation between the results of the experiment and the total length of the fluid line and the overall active index of the flow. The strength of the mixing ability of the flow index reflects that the results above are unknown, the origin of the mixing is strong, and the source of the mixing is strong at one end.

项目成果

Susumu Goto, Shigeo Kida: "Stretching Rate of Material Surfaces in Isotropic Turbulence"Proceedings of the Ninth European Turbulence Conference. 125 (2002)

Susumu Goto、Shigeo Kida：“各向同性湍流中材料表面的拉伸率”第九届欧洲湍流会议论文集。

Susumu Goto, Shigeo Kida: "Mixing Enhancement by Anti-parallel Pairs of Elementary Vortices"Proceedings of International Symposium on "Dynamics and Statistics of Coherent Structures in Turbulence : Roles of Elementary Vortices". 103 (2002)

Susumu Goto，Shigeo Kida：“通过基本涡反平行对的混合增强”“湍流中相干结构的动力学和统计：基本涡的作用”国际研讨会论文集。

Susumu Goto, Shigeo Kida: "Multiplicative Process of Material Line Stretching by Turbulence"Journal of Turbulence. 3. 017 (2002)

Susumu Goto，Shigeo Kida：“湍流物质线拉伸的乘法过程”湍流杂志。

Shigeo Kida, Susumu Goto: "Line Statistics : Stretching Rate of Passive Lines in Turbulence"Physics of Fluids. 14. 352 (2002)

Shigeo Kida、Susumu Goto：“线统计：湍流中被动线的拉伸率”流体物理学。