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壁乱流のアクティブ・フィードバック制御に関する研究

壁面湍流主动反馈控制研究

基本信息

批准号：
03J11042
负责人：
岩本薫
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

摩擦抵抗低減効果に大きな影響を及ぼす乱流準秩序構造のレイノルズ(Re)数効果を評価するために,世界最大のレイノルズ数(摩擦レイノルズ数Re_τ=2320,バルクレイノルズ数Re_b=103000)までのチャネル乱流直接数値計算(DNS)を行った.その際,チェビシェフ多項式の微分操作に伴う丸め誤差を除去する方法を新たに開発した.また,地球シミュレータにおいて2048個のCPU・約4TBYTEのメモリを用いて超並列化・ベクトル化を行うことにより,高精度スペクトル法を用いた大規模DNSを計算することを可能とし,実行計算速度5.5TFLOPS(ピーク性能比34%)を達成した.可視化,低次統計量を用いて,乱流準秩序構造の定量的解析を行った.その結果,高Re数チャネル乱流では,内層に縦渦構造・ストリーク構造の再生成メカニズムが存在すると共に,外層に新たな乱流大規模構造生成メカニズムが存在することが明らかとり,それぞれアクティブな領域も定量的に示した.また,高レイノルズ数乱流では,壁から離れた領域において,乱れの生成量が散逸量を凌駕する領域が存在し,外層に存在する大規模構造がアクティブであることを示唆する.この点は従来の低レイノルズ数乱流DNSでは確認されない全く新しい事実である.大規模構造は壁近傍の縦渦構造・ストリーク構造にも大きな影響を及ぼし,工学的に重要な壁近傍低次乱流統計量にも影響を及ぼすことが分った.さらに,内外層の間に階層構造が存在することを定量的に示し,高レイノルズ数での乱れスペクトルの増加と乱流準秩序構造の複雑化との関係を明らかにした.

In order to evaluate the effect of friction resistance reduction on large impact and turbulent quasi-order structure, the world's largest number of turbulent flow (Re_τ=2320, Re_b=103000) and the calculation of direct number of turbulent flow (DNS) were carried out. A new method for eliminating errors associated with differential operation of polynomial is developed. In addition, 2048 CPU were used in the global DNS system. About 4TBYTE was used in the super-parallel DNS system. The high-precision DNS system was used in the large-scale DNS calculation. The calculation speed was 5.5 TFLOPS (34%). Visualization, low order statistics, quantitative analysis of turbulence quasi-order structures. As a result, high Re number turbulence occurs in the inner layer, vortex structures in the outer layer and large scale turbulence structures in the outer layer. The number of turbulence is high, the wall is separated from the field, the amount of turbulence generated is exceeded, the field exists, the outer layer exists, and the large-scale structure exists. This point is the lowest possible number of DNS turbulence. Large-scale structures have large influence on near-wall vortex structures, and engineering has important influence on near-wall low-order turbulence statistics In addition, the relationship between the hierarchical structure of the inner and outer layers and the complexity of the quasi-order structure of the turbulence is clearly shown.