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Prediction method for temperature, velocity and concentration fields influenced by thermal plume with large gravity effect in the enclosure space

围护空间大重力效应热羽流影响的温度、速度和浓度场预测方法

基本信息

批准号：
09450213
负责人：
KATO Shinsuke
金额：
$ 8.64万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

The turbulence structure of thermal plume is more complicated than the usual shear flow such as non-buoyancy jet, with existence of the gravity effect on the turbulence flow properties. More precise turbulence model should be required for its turbulence flow simulation.In this research, we develop a new turbulence model which predicts the turbulence flow structure of thermal plume preciously. The new turbulence model is developed by combination of experiment, theory and LES (Large Eddy Simulation).At the first stage of research, numerical simulation on thermal plume based on a modified k-E model (Murakami, Kato, Chikamoto and Ohira), Abe-Nagano-Kondo model, and the WET model by Launder. The simulation results are compared with experimental data. It reveals that all the models expect the WET model predicts velocity and temperature fields less diffusive than the experiment. The results of the WET model agree well with the experimental data. A new modeling based on the WET model will be required to predict thermal plume precisely.At the second stage of research, a non-isothermal flow in an enclosed space including a large heat source was measured by using a Laser Doppler Velocimeter (LDV) and a thermocouple. Next, the same flow field was analyzed by Large Eddy Simulation (LES). In this study, the Germano-Lilly type dynamic sub-grid scale (SGS) model was applied. The results given from the computation were compared with those from measured data. Mean velocity and mean temperature predicted by the computation generally showed better agreement with measured data.At the last stage of research, free convection in a thermal cavity based on weakly compressible flow equations was analyzed by LES included compressible flow caused by high buoyancy effect.

热羽流的湍流结构比通常的非浮力射流等剪切流更为复杂，重力的存在对湍流流动特性有一定的影响。热羽流的湍流模拟对湍流模型提出了更高的要求，本文发展了一种新的湍流模型，能够准确地预测热羽流的湍流结构。本文将实验、理论和大涡模拟相结合，建立了新的湍流模型。在研究的第一阶段，基于修正的k-E模型(Murakami、Kato、Chikamoto和Ohira)、Abe-Nagano-Kondo模型和Lawing湿模型，对热羽进行了数值模拟。并将模拟结果与实验数据进行了比较。结果表明，除湿模型外，所有模型预测的速度场和温度场的扩散程度均小于实验。湿模型计算结果与实验数据吻合较好。在第二阶段的研究中，利用激光多普勒测速仪(LDV)和热电偶测量了封闭空间内包含大热源的非等温流。其次，用大涡模拟(LES)对相同的流场进行了分析。本研究应用Germano-Lilly类型的动态亚网格尺度(SGS)模型。将计算结果与实测值进行了比较。计算预测的平均速度和平均温度与实测值吻合较好。在研究的最后阶段，基于弱可压缩流动方程对热腔内的自由对流进行了大涡模拟，并考虑了高浮力效应引起的可压缩流动。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

大平昇、加藤信介、村上周三: "浮力を考慮した修正k-εモデルによるサーマルプリュームのCFD解析" 第11回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 209-210 (1997)

Noboru Ohira、Shinsuke Kato、Shuzo Murakami：“使用考虑浮力的修正 k-ε 模型对热羽流进行 CFD 分析”第 11 届计算流体动力学研讨会论文集 209-210 (1997)。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

大平昇、加藤信介、村上周三: "浮力による安定・不安定流れへの適用を考慮した修正k-εモデル" 日本建築学会計画系論文集. 503号. 33-38 (1998)

Noboru Ohira、Shinsuke Kato、Shuzo Murakami：“考虑到浮力引起的稳定和不稳定流动的修正 k-ε 模型”，日本建筑学会规划系列汇刊第 503 期。33-38 (1998)。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

加藤信介、村上周三、義江龍一郎: "モデル火災室における高温自然対流に関する実験-平均量の測定結果-密度変化を伴う高浮力流れの数値シミュレーションに関する研究第4報" 日本建築学会計画系論文集. 第510号. 45-52 (1998)

加藤信介、村上修三、吉江龙一郎：“模型火灾室中的高温自然对流实验 - 平均体积的测量结果 - 密度变化的高浮力流数值模拟研究，第 4 期报告” 规划部论文集，日本建筑学会第 510. 45-52 (1998)

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

佐久間健次、林立也、村上周三、高橋岳生、加藤信介、曽潔: "数値サーマルマネキンに関する研究(その12)実験・数値サーマルマネキンと実人体を用いた人体周辺微気象の検討" 日本建築学会大会学術講演梗概集. D-2. 693- (1998)

Kenji Sakuma、Tatsuya Hayashi、Shuzo Murakami、Takeo Takahashi、Shinsuke Kato、Jie Zeng：“数值热人体模型的研究（第十二部分）利用数值热人体模型和真实人体进行人体周围微气候的实验和研究”日本建筑研究所学术讲座会议摘要 D-2。