高解像度三次元計測による多孔質体誘起非定常乱流モデルの開発

【研究目的】多孔質体間隙部の乱流構造を高時空間解像度を有する画像計測システムにより計測し,実測結果に基づいて乱流モデルを構築し,多孔質体内外の流れの予測が可能な数値モデルを提案する.【H21年度研究課題】1画像計測システムを用いた三次元流動の計測,2IB法を用いた多孔質体通過流の数値解析法の構築,3多孔質体通過流に適用可能な非線形乱流モデルの提案とその検証【各課題の成果】1既知の流動情報から理想画像を作成し,前年度に構築した三次元流動計測システム3D-PLCVの精度検証を行い,既往の二次元計測法と同程度であることを確認した.その後,多孔質体間隙部の流れ等の計測を行った.本手法は高速流の計測に対応した,経済的にも優位な解析法であり,汎用性も高い.2複雑な固体壁の境界条件を固体一流体相互作用として表現するIB法を多孔質体通過流(多孔質体上流および後流域を含む)の解析に応用した.数値モデルの精度や妥当性は単一円柱に作用する抗力や多孔質体通過前後の圧力降下に関する知見と比較して検証した.本手法による多孔質体通過流の解析では,Reynolds数の増加に伴う層流から非周期的な流れへの遷移等の重要な知見が示された.本手法は実験検証が困難な条件における知見を得る際や,実際の工学・自然科学的課題を対象とする際に極めて有用となる.3画像計測結果に基づくa priori的検証により,多孔質体通過流(一方向流場および振動流場)や,幾つかの剥離を伴う単純な流れに対し,従来の線形渦粘性近似モデルの妥当性は低いことを示した.一方,非線形の速度勾配項を導入した非線形乱流モデルを同様に検証した結果はそれと比較して定性的・定量的に妥当性が高い.非線形乱流モデルにより多孔質体間隙部の乱流量の局所分布が予測可能となったことは,その近傍で生じる熱や物質の輸送をモデル化する等の応用分野への今後の発展が大きく期待される.

【研究目的】多孔質体間隙部の乱流構造を高時空間解像度を有する画像計測システムにより計測し,実測結果に基づいて乱流モデルを構築し,多孔質体内外の流れの予測が可能な数値モデルを提案する.【H21年度研究課題】1画像計測システムを用いた三次元流動の計測,2IB法を用いた多孔質体通過流の数値解析法の構築,3多孔質体通過流に適用可能な非線形乱流モデルの提案とその検証【各課題の成果】1既知の流動情報から理想画像を作成し,前年度に構築した三次元流動計測システム3D-PLCVの精度検証を行い,既往の二次元計測法と同程度であることを確認した.その後,多孔質体間隙部の流れ等の計測を行った.本手法は高速流の計測に対応した,経済的にも優位な解析法であり,汎用性も高い.2複雑な固体壁の境界条件を固体一流体相互作用として表現するIB法を多孔質体通過流(多孔質体上流および後流域を含む)の解析に応用した.数値モデルの精度や妥当性は単一円柱に作用する抗力や多孔質体通過前後の圧力降下に関する知見と比較して検証した.本手法による多孔質体通過流の解析では,Reynolds数の増加に伴う層流から非周期的な流れへの遷移等の重要な知見が示された.本手法は実験検証が困難な条件における知見を得る際や,実際の工学・自然科学的課題を対象とする際に極めて有用となる.3画像計測結果に基づくa priori的検証により,多孔質体通過流(一方向流場および振動流場)や,幾つかの剥離を伴う単純な流れに対し,従来の線形渦粘性近似モデルの妥当性は低いことを示した.一方,非線形の速度勾配項を導入した非線形乱流モデルを同様に検証した結果はそれと比較して定性的・定量的に妥当性が高い.非線形乱流モデルにより多孔質体間隙部の乱流量の局所分布が予測可能となったことは,その近傍で生じる熱や物質の輸送をモデル化する等の応用分野への今後の発展が大きく期待される.