壁面上乱流境界層の乱流構造と二次流れ発生メカニズムの解明

壁面湍流边界层湍流结构及二次流产生机理的阐明

基本信息

批准号：
16760126
负责人：
長田孝二
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Nagoya University (2005)Kyoto University (2004)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は,乱流渦と壁面の直接的な干渉(ブロック効果)による乱流構造の変化を明らかにし,二次流れ発生機構を明らかにすることを目的としている.今年度は,まず,昨年度のRapid Distortion Theory (RDT)に基づく線形理論解析を発展させ,壁面ブロック効果に及ぼすレイノルズ数の影響を明らかにするとともに,波状壁面上で発生する二次流れの理論予測も行った.さらに,昨年度の研究で開発したフォーシング(エネルギー加振)手法を用いて定常的な等方性および軸対称非等方性乱流場を計算空間内に発生させ,その中に壁面を挿入した場合の乱流統計量の変化を三次元直接数値計算(DNS)により計算した.その結果,レイノルズ数が低い場合には擬定常状態において壁面近傍における水平方向および鉛直方向の速度変動強度の減少が顕著になること,粘性の影響が小さい範囲ではスプラット効果がより顕著に起こること,速度変動強度は時間に依存して変化するのに対して,レイノルズ応力分布は時間的にほとんど変化しないことなどが明らかになった.また,本研究で開発したDNSにより得られた結果は,RDTによる初期応答結果および過去の実験結果と非常によく一致した.さらに,昨年度に作成した振動格子乱流水槽内を用いて,壁面近傍の乱流統計量の計測を行った結果,壁面近傍の乱流統計量は,疑定常状態に対するDNS結果とよく一致した.また,格子の振動数が大きく非常に強い乱流を発生させた場合には,非等方性乱流の壁面ブロック効果によって壁面近傍で平均流が発生する様子が観察された.この結果は,非等方性乱流に対する昨年度のRDT結果を裏付けるものである.本課題研究によってRDTに基づく線形理論解析,三次元直接数値計算および室内実験を用いることにより,乱流渦と壁面の直接的な干渉(ブロック効果)による乱流構造の変化および二次流れ発生機構を明らかにすることができ,当初の研究目的は達成された.壁面シアーのある壁面上境界層乱流場に及ぼす壁面ブロック効果,浮力の影響のある境界層乱流場での壁面ブロック効果による乱流構造の変化と二次流れ発生機構の解明などが今後の研究課題として考えられ,将来明らかにしていきたい.

这项研究旨在阐明由于湍流涡流和壁表面之间的直接干扰（块效应）引起的湍流结构的变化，并阐明了二次流产生的机理。今年，我们首先引入了去年的快速失真理论。我们基于（RDT）开发了线性理论分析，以阐明雷诺数对壁块效应的影响，并对波浪壁上发生的二次流进行了理论预测。此外，使用去年研究中开发的强迫（能量激发）方法，我们在计算空间中产生了稳定的各向同性和轴对称各向异性各向异性湍流场，并使用三维指导计算（DNS）计算了壁表面插入壁表面时的湍流统计数据的变化。结果，雷诺的数字很低。在这种情况下，据表明，壁表面附近水平和垂直方向的速度波动强度的下降在伪稳态状态下是明显的，并且Splat效应在粘度的影响范围内更为明显，在粘度的影响范围很小，并且在速度波动的强度上几乎完全变化，而在时间上分配了时间，而在时间上分配了时间。此外，本研究中开发的DNS获得的结果与RDT和先前的实验结果的初始响应结果非常相似。，我们使用去年创建的振动晶格湍流水族馆测量了墙壁附近的湍流统计数据，并且墙附近的湍流统计数据与可疑稳态的DNS结果很好地匹配。此外，当晶格的频率较大并且产生非常强的湍流时，观察到由于各向异性湍流的壁嵌段效应，平均流量发生在壁上。该结果支持去年各向异性湍流的RDT结果。这项研究侧重于基于RDT的线性理论。通过分析，三维直接数值计算和室内实验，可以揭示由于湍流涡流和壁表面之间直接干扰（块效应）引起的湍流结构的变化以及次级流量产生的机制，并实现了最初的研究目标。壁块对壁上壁的边界层湍流场的影响，壁透了，并且由于边界层湍流场中的壁块效应带有浮力影响，湍流结构的变化可以将其视为未来的研究主题，我们希望将来澄清。