壁乱流のマルチスケールダイナミクスの解明とLESに適した壁面境界条件モデルの開発

阐明壁湍流的多尺度动力学并开发适用于 LES 的壁边界条件模型

• 批准号: 17760136
• 负责人: 坪倉 誠
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Hokkaido University (2007)The University of Electro-Communications (2005-2006)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760136/
• 关键词: 流体; 乱流; 数値流体力学; LES; DNS; 壁乱流; マルチスケール; 境界条件; 乱流構造

本研究ではLES、およびDNSを併用したハイブリッドLESを適用することで壁乱流の空間構造を解析し、ミクロスケールからマクロスケールに至る乱流構造の相互作用に着目し、そのマルチスケールメカニズムを解明することを目的とする。得られた知見を基に、LESに適した人工的壁面境界条件モデルの開発を目指す。最終年度の本年度は、昨年度までに得られた壁乱流外層域構造の普遍性と内層構造の相互作用に関する知見やLES/RANSハイブリッドモデルにおける既存モデルの問題点をもとに、壁面から離れた領域にある乱流構造が壁面摩擦応力に与える影響を考察し、この結果を基に壁面近傍に採用したRANSモデルを修正することで壁面の数理モデル化を目指した。具体的には円管流を対象に、SpalartらのDESハイブリッドモデルに対して、モデルに対して、モデルに含まれるモデル係数と長さスケールに対して検討を行い、マルチスケールダイナミクスの観点から外層構造の再現性に対する最適化を行った。この乱流数理モデルの構築に加えて、安定化スキームを利用した擬似DNSの壁面近傍モデルとしての有用性に着目し、乱流数理モデルと数値スキームの双方を考慮に入れた統括的モデルを構築し、その効果をまずチャネル流において検討した。次により実用的な視点から自動車空力解析にこの手法を適用し、壁面摩擁応力の予測精度の観点から風洞実験データとの比較によりモデルの評価を行い、その高精度化を図った。これらの結果より、産業応用を前提としたLESにおいて重要課題である壁面境界条件モデルとして、乱流モデルと安定化数値スキームの併用による壁面処理が有効な解決策となりうることを示した。

In this study, LES and DNS are used together to analyze the spatial structure of wall turbulence, and the interaction between them is discussed. To obtain knowledge of the basis, LES appropriate artificial wall boundary conditions, and development instructions. Last year, we found that the universality of the outer structure of the wall turbulence and the interaction of the inner structure are related to the existing problems of the LES/RANS. The result is that the wall surface is close to the surface and the surface is mathematically modified. Specific to the tube flow object, Spalart's DES, Spalart's DES. The turbulence mathematical model is used to construct, stabilize and analyze the near wall of the quasi-DNS. The method of automatic vehicle air force analysis is applicable to the actual viewpoint, the prediction accuracy of wall friction force is improved, and the evaluation accuracy is improved. The result is that the industrial application is based on the important problem of wall boundary conditions, turbulence and stabilization.

项目成果

十分発達したチャネル乱流における大規模流れ構造について(第2報 安定温度成層の影響と自己相似性について)

论发达通道湍流中的大尺度流动结构（第二部分：稳定温度分层和自相似性的影响）

• 发表时间: 2006
• 期刊: 日本機械学会論文集(B編) 72巻,724号
• 作者: T.Ishikawa;T.J.Pedley;M. Tsubokura;Makoto Tsubokura;坪倉誠
• 通讯作者: 坪倉誠

On the applicability of LES to accelerated turbulenct channel flows

LES 对加速湍流通道流的适用性

• 发表时间: 2006
• 期刊: 7th World Congress on Computational Mechanics
• 作者: Makoto Tsubokura;Jun Etoh;Binghu Piao;Shigeaki Kuroda
• 通讯作者: Shigeaki Kuroda

The largest scales of fully developed turbulent pipe flows by using LES

使用 LES 实现最大规模的完全发展的湍流管流

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proc.of the conference "Whither Turbulence Prediction and Control (WTPC)" 論文番号WTPC-074
• 作者: 衛藤潤;坪倉誠;朴柄湖;黒田成昭;Makoto Tsubokura;Makoto Tsubokura
• 通讯作者: Makoto Tsubokura

Current Status on High Performance Computing for Vehicle Aerodynamics Using Large Eddy Simulation

利用大涡模拟进行车辆空气动力学高性能计算的现状

• 发表时间: 2007
• 作者: 衛藤潤;坪倉誠;朴柄湖;黒田成昭;Makoto Tsubokura;Makoto Tsubokura;Makoto Tsubokura;Makoto Tsubokura;Makoto Tsubokura;衛藤潤;M. Tsubokura;M. Tsubokura;M. Tsubokura
• 通讯作者: M. Tsubokura

High Performance Computing for the Assessment of Unsteady Aerodynamic Forces on Vehicles Using Large Eddy Simulation

使用大涡模拟评估车辆非定常气动力的高性能计算

• 发表时间: 2007
• 作者: 衛藤潤;坪倉誠;朴柄湖;黒田成昭;Makoto Tsubokura;Makoto Tsubokura;Makoto Tsubokura;Makoto Tsubokura;Makoto Tsubokura;衛藤潤;M. Tsubokura
• 通讯作者: M. Tsubokura