らせん渦構造効果に着目した汎用乱流モデル開発と制御への展開

关注螺旋涡结构效应的通用湍流模型的开发及其在控制中的应用

• 批准号: 22KJ2660
• 负责人: 稲垣 和寛
• 金额: $ 2.33万
• 依托单位: Doshisha University (2023)Keio University (2021-2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2660/
• 关键词: 乱流; 乱流モデリング; サブグリッドスケールモデル; ヘリシティ

本研究ではらせん渦構造に着目し，従来モデルよりも汎用的な乱流モデルの開発を試みる．本年度は，昨年度作成したチャネル乱流の直接数値計算データベースを用いてサブグリッドスケール(SGS)応力が解像スケール（グリッドスケール，GS）におよぼす効果について，Reynolds応力収支の観点から詳細な解析を行った．その結果，SGS応力を計算する際に用いるフィルター波長が壁面せん断乱流に典型的なコヒーレント構造に匹敵する場合，渦粘性モデルはエネルギー輸送量を予測できても平均せん断応力を予測できないことが明らかになった．さらに，フィルター波長がコヒーレント構造をある程度解像できる場合においても，SGS応力における渦粘性項とは異なる部分がGSのスパン方向の速度変動を積極的に生成する役割を担っていることがわかった．この効果はフィルター波長が大きくなるほど顕著であった．本研究の成果は国内の学会2件にて報告した他，国内の乱流物理研究者の集まる研究会でも報告した．現在，本成果をまとめた論文を米国専門誌に投稿中であり，プレプリントが公開済みである．また，昨年度得られた成果の一つに，既往の汎用的なSGS乱流モデルを物理的性質を保持したままより簡便なモデルへと縮約することに成功したものがある．この成果を本年度開催された国際会議で発表している．研究の成果の重要な点は，SGS応力における非渦粘性型のモデルの重要性を物理的に明確化したことである．さらに，GSの速度変動生成における圧力歪み相関項の寄与率低下は，翻ってSGSにおける圧力項の寄与増加を示唆している．申請者の既往研究から，流体のらせん運動効果と圧力項は密接に関係している．したがって，本研究結果は乱流中におけるらせん渦構造効果を紐解く試金石となったと言える．

In this study, we try to explore the development of turbulence in general. This year, in contrast to last year, we created a direct numerical calculation of turbulent flow, using the SGS (SGS) force to solve the problem, and a detailed analysis of Reynolds force to solve the problem. As a result, the SGS force is calculated using the wavelength of the vortex, the wall turbulence, the typical vortex structure, and the eddy viscosity. In this case, the SGS force field, the eddy viscosity field, and the differential part of the SGS velocity field are generated positively by the change of the velocity field in the SGS direction. This effect can be seen at a wavelength as large as a thousand times. The results of this study are reported by two Chinese academic societies, and by a group of Chinese turbulence physics researchers. Now, this paper is published in the journal of China. The results of the previous year have been successful in maintaining the physical properties of SGS turbulence in general use. The results of this year's international conference will be presented. The important point of the research results is that the importance of SGS force in non-eddy viscous mode is clarified. In this case, the speed variation of GS is generated due to the decrease of the transmission rate of the pressure related term, and the transmission rate of the pressure related term of SGS is increased due to the decrease of the transmission rate of the pressure related term. The applicant's previous research revealed that the fluid's motion and pressure terms were closely related. The results of this study show that the turbulence in the vortex structure results in a new solution to the touchstone.

项目成果

チャネル乱流における非渦粘性型サブグリッドスケール応力のReynolds 応力収支に与える効果

非涡粘性亚网格尺度应力对河道湍流雷诺应力平衡的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 池田悠稀;徳永健太郎;鵜池純一;申ナーギョン;工藤真生;樋口重和;鴻 浩介;鴻 浩介;鴻 浩介;Kazuhiro Inagaki and Hiromichi Kobayashi;Inagaki Kazuhiro;Kazuhiro Inagaki and Hiromichi Kobayashi;稲垣和寛・小林宏充
• 通讯作者: 稲垣和寛・小林宏充

Scale-similar structures of homogeneous isotropic non-mirror-symmetric turbulence based on the Lagrangian closure theory

基于拉格朗日闭合理论的均匀各向同性非镜对称湍流的尺度相似结构

• DOI: 10.1017/jfm.2021.708
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Fluid Mechanics
• 影响因子: 3.7
• 作者: Inagaki Kazuhiro

Scale-similar analysis on maximally helical homogeneous turbulence

最大螺旋均匀湍流的尺度相似分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 池田悠稀;徳永健太郎;鵜池純一;申ナーギョン;工藤真生;樋口重和;鴻 浩介;鴻 浩介;鴻 浩介;Kazuhiro Inagaki and Hiromichi Kobayashi;Inagaki Kazuhiro;Kazuhiro Inagaki and Hiromichi Kobayashi;稲垣和寛・小林宏充;稲垣和寛・小林宏充;Kazuhiro Inagaki
• 通讯作者: Kazuhiro Inagaki

Investigation of subgrid-scale turbulent kinetic energy in channel flows

河道流中亚网格尺度湍流动能的研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 池田悠稀;徳永健太郎;鵜池純一;申ナーギョン;工藤真生;樋口重和;鴻 浩介;鴻 浩介;鴻 浩介;Kazuhiro Inagaki and Hiromichi Kobayashi;Inagaki Kazuhiro;Kazuhiro Inagaki and Hiromichi Kobayashi
• 通讯作者: Kazuhiro Inagaki and Hiromichi Kobayashi

チャネル乱流におけるSGS乱流エネルギーのモデリングに関する検討

通道湍流中SGS湍流能量建模研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 池田悠稀;徳永健太郎;鵜池純一;申ナーギョン;工藤真生;樋口重和;鴻 浩介;鴻 浩介;鴻 浩介;Kazuhiro Inagaki and Hiromichi Kobayashi;Inagaki Kazuhiro;Kazuhiro Inagaki and Hiromichi Kobayashi;稲垣和寛・小林宏充;稲垣和寛・小林宏充;Kazuhiro Inagaki;稲垣和寛・小林宏充
• 通讯作者: 稲垣和寛・小林宏充