多孔体内における二重平均系の乱流熱輸送モデリングに関する研究

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本研究では多孔体界面乱流の現象理解・モデル化を目的としており，当該年度ではこれまで行ってきたチャネルの下半分を多孔体で敷き詰めた多孔体チャネルの直接数値解析データを用いて，乱流渦構造の解明・乱流輸送メカニズムについて考察を行った．特に，多孔体の透過性が乱流輸送に与える影響について調べたるために，解析結果は多孔体と同じ表面構造を持つ粗面乱流の解析データと比較した．得られたデータを用いて，体積・レイノルズ平均乱流方程式に現れる各乱流相関項の評価を行った．その結果，多孔体界面上で生成された乱れは多孔体内部には乱流・圧力拡散項によって輸送されており，多孔体深部には特に圧力拡散項によって輸送されていることが明らかになった．さらに，分散相関項の生成項の評価を行い，これらの相関項を予測する乱流モデルを構築する上で重要な知見を得ることができた．さらに，乱流渦構造を調べると，多孔体界面ではKelvin-Helmholtz不安定性に起因する大規模な圧力波が現れ，乱流を強化していることが分かった．さらにこの圧力波が多孔体深部に到達することで乱流が多孔体内部に輸送されることが分かった．また，これまで等方的な多孔体において議論を行ってきたが，より汎用的なモデルを構築するためには様々な多孔体構造が周囲の乱流場に与える影響を調べる必要がある．そのため本年度は非等方的な透過性を持つ多孔体においても解析を行った．その結果，壁面垂直方向の透過性は周囲の流れに影響を及ぼさないが，主流方向に透過性を持つ多孔体上ではK-H不安定性に起因する圧力波が維持され強い乱れを生じることが分かった．