渦の階層から探る壁乱流の物理とそれに基づく工学応用

从涡层次探究壁面湍流物理及其工程应用

基本信息

批准号：
20J10399
负责人：
本告遊太郎
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

２種類の十分に発達した壁乱流（乱流境界層および平行平板間乱流）の大規模数値シミュレーションを実行し、得られたデータを徹底的に解析することで、壁乱流中に潜む渦の階層の実態とその生成維持機構を明らかにした。具体的には、得られた壁乱流の巨大な数値データをそのまま扱うのではなく、渦の大きさ毎に分解することで、大小さまざまな渦の階層の詳細な解析を可能にし、多くの重要な知見を得た。たとえば、十分に発達した壁乱流中において、各高さにおける最も大きな構造（つまり、壁面からの距離程度の構造）は、流れ方向を向く縦渦（もしくはヘアピン状の渦）と流れ方向に伸びたストリーク構造によって構成される。これらの秩序構造は、自己維持的に共存し、平均流からエネルギーを受け取る。一方で、それより小さな渦は、より大きな渦による渦伸長により生成される。このとき、エネルギーも同時に伝達される。つまり、いわゆるエネルギーカスケード現象が、壁乱流中の対数層における小さな渦の生成機構であることを数値的に実証した。さらに、高レイノルズ数の平行平板間乱流中の慣性粒子の数値シミュレーションを新たに実行し、渦の階層に基づく解析を行うことで、乱流輸送現象を明らかにした。具体的には、渦とストリーク構造の階層を客観的に同定することで、粒子の輸送に対して秩序構造の階層が果たす役割を明らかにした。慣性粒子は、エアロゾルや気泡の簡易なモデルでもあり、本研究で得られた乱流輸送に関する知見は、工学応用に直結する。

两种类型的湍流（湍流边界层和平行平板批准）的大尺度数值模拟，并彻底分析了所获得的数据，在壁湍流期间生成。揭示了维护机制。具体来说，可以通过分解每个涡流大小来处理大型和小层次结构的详细分析，而不是处理获得的墙随机样式的巨大数值数据。例如，在开发的壁湍流中，每个高度的最大结构（即距墙的距离的结构）沿流动方向延伸（或发夹形涡流）条纹结构。这些订单结构与自己共存，并从平均值中获得能量。另一方面，由于较大的涡流，涡旋生长产生了较小的漩涡。目前，能量也同时传输。换句话说，在数值上证明了So -call -call -call -skeder现象是随机样式中对数中小涡流的一种机制。此外，新执行了高雷诺的射线板随机惯性颗粒中惯性颗粒的数量模拟，并且基于漩涡的层次结构的分析揭示了湍流的运输现象。具体而言，通过客观地识别漩涡和条纹结构的层次结构，阐明了粒子运输的顺序结构的作用。惯性颗粒是气溶胶和气泡的简单模型，对本研究中获得的湍流运输的了解与工程应用直接相关。