成層乱流場でのパッシブスカラーの乱流拡散機構の解明

分层湍流流场中被动标量的湍流扩散机制的阐明

• 批准号: 09750230
• 负责人: 長田 孝二
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyoto University (1998)Kyushu University (1997)
• 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: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750230/
• 关键词: 成層乱流; 浮力; 乱流拡散; 熱輸送; 物質輸送; アクティブスカラー; パッシブスカラー; 乱流拡散係数

安定温度成層流中でのアクティブスカラー(熱)とパッシブスカラー(物質)の乱流拡散係数の違いに及ぼす分子拡散の効果を明らかにするために、安定温度成層を形成する格子乱流場の中をパッシブスカラーがプルーム状に乱流拡散する場合に対して三次元直接数値計算(DNS)を行った。熱と物質の乱流拡散に対する分子拡散の効果を等しくするために、熱のプラントル数と物質のシュミット数を同一に設定して計算を行い、乱流拡散係数を評価した。その結果、分子拡散係数を同一に設定したDNSにおいても、両者の乱流拡散係数には違いが生じ、熱の乱流拡散係数のほうが物質の乱流拡散係数よりも小さな値をとることがわかった。すなわち、実験で測定された乱流拡散係数の違いは熱と物質の分子拡散係数の違いに起因するものではなく、浮力(安定温度成層)によって引き起こされる現象であることが明らかとなった。さらに、気相の安定温度成層乱流場に対する計算結果より、大気中でもアクティブスカラー(熱)とパッシブスカラー(物質)の乱流拡散係数には違いが存在することがわかった。これらの結果より、温度成層流中に放出されたパッシブスカラーの拡散予測を乱流モデルを用いた数値計算で行う際に、従来のようにパッシブスカラーの乱流拡散係数としてアクティブスカラーである熱の乱流拡散係数をそのまま用いて計算を行えば、物質フラックスの予測に対して重大な誤差が生じることが明らかとなった。

为了阐明稳定温度分层流中分子扩散对主动标量（热）和被动标量（物质）之间的湍流扩散系数差异的影响，我们研究了分子扩散在晶格湍流流场中的影响，该流场形成针对被动标量以羽流形式湍流扩散的情况进行了三维直接数值计算（DNS）。为了使分子扩散对热和物质的湍流扩散的影响相等，将热的普朗特数和物质的施密特数设定为相同的值进行计算，并评价湍流扩散系数。结果发现，即使在分子扩散系数设定相同的DNS中，两者的湍流扩散系数也存在差异，热的湍流扩散系数比物质的湍流扩散系数取更小的值。塔。换句话说，已经清楚的是，实验中测得的湍流扩散系数的差异并不是由于热和物质的分子扩散系数的差异造成的，而是由浮力（稳定温度分层）引起的现象。此外，气相稳定温度分层湍流场的计算结果表明，即使在大气中，主动标量（热）和被动标量（物质）的湍流扩散系数也存在差异。从这些结果来看，当使用湍流模型进行数值计算来预测温度分层流中释放的被动标量的扩散时，很难预测作为主动标量的热的扩散，因为被动标量的湍流扩散系数与过去一样，很明显，如果直接使用湍流扩散系数进行计算，则在材料通量的预测中会出现重大误差。

项目成果

長田孝二,小森 悟: "格子乱流場での化学反応と乱流混合に及ぼす不安定成層とシア-の効果" 日本機械学会論文集B編. 63巻612号. 274-281 (1997)

Koji Nagata，Satoru Komori：“不稳定分层和剪切对晶格湍流流场中的化学反应和湍流混合的影响”，日本机械工程师学会学报，B 版，第 63 卷，第 612 期。274-281（1997 年）。 ）

長田孝二,小森 悟: "安定温度成層乱流場でのパッシブスカラーとアクティブスカラーの乱流拡散の違い" 日本機械学会論文集B編. 64巻619号(印刷中). (1998)

Koji Nagata，Satoru Komori：“稳定温度分层湍流流场中被动标量和主动标量湍流扩散的差异”，日本机械工程师学会会刊，第 64 卷，第 619 期（出版中）。 1998）