直接シミュレーションによる乱流場における縦渦のダイナミクスと乱流制御

湍流场中纵向涡动力学和湍流控制的直接模拟

• 批准号: 08750204
• 负责人: 辻本 公一
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08750204/
• 关键词: Turbulent Shear Flow; Oscillating Flow; DNS; Data-base; Quasi-streamwise vortex; Drag reduction; Contrl of turbulence

異なる条件下での溝乱流場の直接シミュレーションを実施し、生成されたデータベースをもとに縦渦のダイナミクスと制御に関する検討を行った。1)主流と直交する方向に壁面を周期的に振動させたとき、壁面せん断応力の著しい減少が確認されるが、この抵抗低減は、壁近傍に存在する主流方向に軸を持つ縦渦の活動が抑制され、消滅することで実現されることを示した。そして、この抵抗低減の主たる要因は縦渦自身の渦の引き延ばし機構が抑制されることによるものであることを明らかにした。2)縦渦の生成・維持、あるいは乱流制御下での機構を詳細に検討するには、縦渦のダイナミクスに関する正確な評価方法の確立が重要である。そこで本研究では新たに縦渦自身を構成する過度ベクトルに着目し、このベクトル方向を基準に、縦渦の生成項を、渦の引き延ばしによる効果と局所流れにより渦軸が転向されることによる効果に分解する評価方法を提案し、それに併せて、個々の縦渦に対する高解像度なDNS(ミニマル流)を実施した。その結果、縦渦の中心部(コア)の周囲のうち縦渦の壁面に対する吹き上げ側において、縦渦自身が強いスパン方向のせん断層を巻き上げ、これらがコア部周囲で流れ方向に転向されること、さらにこの転向された渦はコア部で流れ方向に引き延ばされることが示された。これら結果から、壁近傍の渦層の巻き上げの抑制は縦渦制御に効果的に作用することが予想され、渦層の巻き上げの指標として、壁近傍に存在するストリーク構造の局所制御を試みた。このために非等方な拡散型の外力を導入し、実際に大幅な抵抗低減効果が現れることを数値的に示した。3)個々の縦渦は流れ場に一様には存在せず、集中した領域が現れる。これらを縦渦群と定義し、そのダイナミクスについて検討することが乱流の能動制御に新たな視点を提供できると考えている。本研究ではそのために主流方向に長大な溝乱流のデータベースからこの縦渦群の挙動について調べた。その結果、縦渦群は下流側に発達・維持・減衰し、この縦渦群の上部には大スケール構造が存在することを示した。この大スケール構造の役割を考察するため、流れ場を大スケール構造と縦渦群構造のスケールに分離し、このそれぞれについてシミュレーションを行った。その結果、縦渦群は極めて短時間に消失してしまうが大スケール構造は壁近傍の緩やかなせん断層の変形を引き起こしながら下流側へ移動すること、すなわち、縦渦群の発達・維持には上部の大スケール構造による大規模なせん断層の変形を含む場の状況設定が不可欠であることを示した。また、これら縦渦群の領域についてのみ、前述の拡散制御を行うと、制御された領域のみが抑制され、周囲の縦渦・縦渦群の発達・減衰にはほとんど関与せず、縦渦群が独立した集合体として運動している様子を示した。

Under the condition of different な る で の の ditch turbulence field directly シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を be し, generate さ れ た デ ー タ ベ ー ス を も と に 縦 vortex の ダ イ ナ ミ ク ス と suppression に masato す る 検 line for を っ た. 1) mainstream と rectangular す る に vibration direction に wall を cycle さ せ た と き, wall せ ん break 応 force の the し い reducing が confirmation さ れ る が, こ の low resistance reduction は, wall close to exist alongside に す る mainstream direction に shaft を hold つ 縦 vortex が の activity inhibition さ れ, eliminate す る こ と で be presently さ れ る こ と を shown し た. そ し て, こ の low resistance reduction の main た る by は 縦 の vortex vortex itself の lead き delay ば し institutions が inhibit さ れ る こ と に よ る も の で あ る こ と を Ming ら か に し た. 2) 縦 vortex の generate, maintain, あ る い は under turbulence suppression で の institutions を detailed に beg す 検 る に は, 縦 vortex の ダ イ ナ ミ ク ス に masato す る の 価 な evaluation method to establish correct が important で あ る. New た そ こ で this study で は に 縦 を vortex themselves す る excessive ベ ク ト ル に mesh し, こ の ベ ク ト ル direction を benchmark に, 縦 vortex の generated を, vortex の lead き delay ば し に よ る unseen fruit と bureau flow れ に よ り vortex axis が planning to さ れ る こ と に よ る unseen fruit に decomposition す る review 価 method proposed を し, そ れ に and せ て, a 々 の 縦 vortex に す seaborne る high resolution Degree なDNS(を ニ ニ ニ た flow)を executes た. そ の results, 縦 vortex の center (コ ア) の weeks 囲 の う ち 縦 vortex の wall に す seaborne る lateral blowing on き げ に お い て, 縦 vortex own strong が い ス パ ン direction の せ ん fault を 巻 き げ, こ れ ら が コ ア department weekly 囲 れ で flow direction に planning to さ れ る こ と, さ ら に こ の planning to さ れ た vortex は コ れ で flow direction に ア department lead き delay ば さ れ る こ と が shown さ れ Youdaoplaceholder0. こ れ ら results か ら, wall near alongside の vortex layer の 巻 き on げ の inhibit は 縦 vortex suppression に unseen fruit に role す る こ と が to think さ れ, vortex layer の 巻 き on げ の index と し て, wall close to exist alongside に す る ス ト リ ー ク tectonic の bureau suppression try を み た. こ の た め に not such party な company, scattered を import し の external forces, the event be に な significantly low resistance reduction unseen fruit が now れ る こ と を the numerical に し in た. 3) 々 の 縦 に a vortex flow は れ field others に は exist せ ず, centralized し が た field now れ る. こ れ ら を 縦 vortices swarm と definition し, そ の ダ イ ナ ミ ク ス に つ い て beg す 検 る こ と が turbulence の active suppression に new た な viewpoints を provide で き る と exam え て い る. This study で は そ の た め に grew up mainstream direction に な ditch turbulence の デ ー タ ベ ー ス か ら こ の 縦 vortices swarm の 挙 dynamic に つ い て adjustable べ た. そ の results, 縦 vortices swarm は downstream side に 発 da maintain · damping し, こ の 縦 vortices swarm の upper に は big ス ケ ー ル structure exist が す る こ と を shown し た. こ の big ス ケ ー ル structure cut を の service inspection す る た め, large flow れ field を ス ケ ー ル tectonic と 縦 vortices swarm structure の ス ケ ー ル に separation し, こ の そ れ ぞ れ に つ い て シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line っ た. そ の results, 縦 vortex group は め て に short time disappear し て し ま う が big ス ケ ー ル tectonic は wall near alongside の slow や か な せ ん fault の - shaped を lead き up こ し な が ら downstream side へ mobile す る こ と, す な わ ち, 縦 vortices swarm の 発 da maintain に は upper の big ス ケ ー ル tectonic に よ る large-scale な せ ん fault の - shaped を む field sets の が not owe Youdaoplaceholder0 である とを shows た. ま た, こ れ ら 縦 vortices swarm の field に つ い て の み, the foregoing の company, scattered suppression を line う と, royal さ れ た field の み が inhibit さ れ, zhou 囲 の 縦 vortex, 縦 vortices swarm の 発 da damping に は ほ と ん ど masato and せ ず, 縦 vortices swarm が independent し た aggregate と し て movement し て い る others child を shown し た.

项目成果

三宅裕,辻本公一,加堂立樹: "ミニマル流による溝乱流場での縦渦の挙動の解析" 第10回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 186-187 (1996)

Yutaka Miyake、Koichi Tsujimoto、Tatsuki Kado：“由于最小流量导致的凹槽湍流场中纵向涡流的行为分析”第十届计算流体动力学研讨会论文集 186-187（1996）。

三宅裕,辻本公一,森川健志: "溝乱流場での縦渦群の挙動の解析" 日本流体力学会'96年会講演論文集. 285-286 (1996)

Yutaka Miyake、Koichi Tsujimoto、Kenji Morikawa：“凹槽湍流流场中纵向涡流的行为分析”日本流体力学学会 1996 年年会记录 285-286 (1996)。

三宅裕,辻本公一,吉川毅: "縦渦群の同定と挙動に関する数値シミュレーション" 第12回NSTシンポジウム講演論文集. 19-26 (1997)

Yutaka Miyake、Koichi Tsujimoto、Tsuyoshi Yoshikawa：“纵向涡群识别和行为的数值模拟”第 12 届 NST 研讨会论文集 19-26 (1997)。