温度成層流中での物質拡散予測は精度よく行われているか?-従来の拡散モデルの欠陥の実証と新モデルの開発-

热分层流中物质扩散的预测是否准确？ - 传统扩散模型的缺陷证明和新模型的开发 -

基本信息

批准号：
11750165
负责人：
長田孝二
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Kyoto 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：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750165/
关键词：
乱流温度成層物質移動熱移動乱流拡散モデル

项目摘要

平成11年度に行った室内実験により、安定成層流中ではアクティブスカラ(熱)とパッシブスカラ(物質)の乱流拡散係数が大きく異なる値を持つこと示された。そこで、まず本年度は、大気中のような気相の温度成層流中でも乱流拡散係数が異なるのかどうかを直接数値計算によって確認した。その結果、気相の温度成層流中でも乱流拡散係数に違いが存在することが確認された。すなわち、従来から勾配拡散型のモデルにおいて仮定されてきた「物質の乱流拡散係数が熱の乱流拡散係数と同じ値をとる」、あるいは、「両方の乱流拡散係数が同じ浮力の効果を受ける、つまり、それらの乱流拡散係数の比が一定値をとる」とする仮定が液相中においても気相中においても完全に誤りであることが実験と直接数値計算の両方から確認された。そこで、液相での室内実験および液相と気相に対する直接数値計算の結果をもとに、新たな乱流拡散係数に基づく数値モデルを提案した。その結果、アクティブスカラとパッシブスカラの乱流拡散係数の浮力による依存性は、浮力振動数を時間で無次元化した無次元時間によりモデル化できることがわかった。本年度の研究では、開発したモデルを実際に組み込んだ拡散予測を行うまでには至らなかったので、具体的にどの程度の拡散予測誤差が生じるかを定量的に示すことはできなかったが、本研究で得られた結果は、従来の乱流拡散係数の比が一定値をとるという勾配拡散モデルを用いてパッシブスカラである物質の拡散予測を行った場合には、大きな拡散予測誤差を生むことを示している。

在1999年进行的实验室实验中，结果表明，活性标量（热）和被动标量（材料）的湍流扩散系数在稳定的分层流中具有显着不同的值。因此，今年，我们首先通过直接数值计算检查，以查看湍流扩散系数即使在温度分离的气相流中（例如大气中）也有所不同。结果，已经证实，即使在气相温度分层的流动中，湍流扩散系数也存在差异。换句话说，实验和直接数值计算都证实，“材料的湍流扩散系数具有与先前在梯度扩散模型中已假定的湍流扩散系数相同的值，或者“湍流扩散系数都具有相同的繁殖物效应，而湍流的扩散效果则是在梯度扩散模型中所假定的，而湍流的扩散系数则是构成的，即湍流的扩散效果，即在湍流中的扩散效果，即构成易变的范围。液相和气相。因此，基于液相和气相的室内实验的结果和直接的数值计算，我们提出了一种基于湍流扩散系数的新数值模型。结果，发现活动和被动标量的湍流扩散系数的浮力依赖性可以通过无尺度的时间来建模，在这些时间中，随着时间的推移，浮力频率无尺寸。在今年的研究中，我们无法定量显示出发生的扩散预测错误的特定程度，因为我们开发的模型实际上并未纳入模型中，但是在这项研究中获得的结果表明，当使用梯度扩散材料进行扩散预测时，使用梯度扩散模型进行了梯度扩散模型，在该模型中，湍流扩散系数的比率是湍流的差异，这是一个误差的预测。