乱流の素過程と渦構造の形成

湍流的基本过程和涡结构的形成

基本信息

批准号：
05240211
负责人：
大木谷耕司
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

1.一様等方性減衰乱流のシミュレーション。渦管、渦層などの局在渦構造のモデル化のために、構造間の相互作用の局所性を定量的に評価した。"しゃへいされたストレイン"を用いて渦度生成項、エネルギー散逸項について局所度関数を定義しデータベースを解析したところ、渦管間の相互作用の有効距離はTaylorのマイクロスケールの程度であることがわかった。この結果を、Tennekesの乱流モデルと関係付けて議論した。また、ヘリカル分解法による渦度場の観察から、渦層から渦管への遷移過程は右巻-左巻の成分の相互作用によって引き起こされることを見い出し、完成した渦管の周囲の(dipoleをなす)高エネルギー散逸領域が、各旋回成分と対応していることをつきとめた。2.3次元ポアゾイユ流の直接シミュレーションコードの開発。数値スキームは基本的にはKimらと同じ手法であるが、モード数を有効に使うため、aliasing項を取り除く際ずらした格子点を用いた。この結果、ミニマル流に対してFACOM-VP2600でおよそ100時間程度で定常な統計量が得られることが見積もりができた。臨界を超えたレイノルズ数において予想される非線形平衡解に落ちつくことを確かめ、亜臨界レイノルズ数でミニマル流を得ることを試みている。現在まで、運動量や応力の時間発展、特に壁方向に対する輸送を調べた。今後は、渦運動等との相関なども調べる予定である。3.曲がり管内流のシミュレーション。円形断面の曲がり管の定常解を求めた。これまでの研究では曲率の小さな場合に限った研究が行われてきたが、本研究では理論的に可能なすべての曲率に対して解を求め、4渦解の存在範囲を特定することができた。これに続いて捩率の影響を考慮して定常解を求める研究を行った。その結果新しい知見として、捩率のある値に対して管断面流量が最小値を取ることが判明した。さらに曲板管の流れに対して分岐理論による研究が進行中である。

1. 均匀各向同性阻尼湍流的模拟。为了对涡流管和涡流层等局部涡流结构进行建模，我们定量评估了结构之间相互作用的局部性。当我们使用“屏蔽应变”定义涡度产生项和能量耗散项的局部度函数并分析数据库时，我们发现涡管之间相互作用的有效距离在泰勒微尺度上。这一结果与 Tennekes 湍流模型相关进行了讨论。此外，通过使用螺旋分解方法观察涡量场，我们发现从涡流层到涡流管的过渡过程是由右手和左手分量的相互作用引起的，并且发现高能量耗散。区域对应于每个旋转分量。 2. 开发3D Poisouille流的直接模拟代码。数值方案与Kim等人的基本相同，但为了有效利用模态数量，采用移动网格点来去除混叠项。结果，估计使用FACOM-VP2600在大约100小时内可以获得稳定的最小流量统计。我们已经确认，在超过临界的雷诺数时达到了预期的非线性平衡解，并试图在亚临界雷诺数下获得最小流量。到目前为止，我们已经研究了动量和应力的时间演化，特别是沿壁面的传输。未来我们计划研究与涡运动等的相关性。 3. 弯管内流动的模拟。获得了具有圆形横截面的弯管的稳态解。以前的研究仅限于小曲率的情况，但在这项研究中，我们能够找到所有理论上可能的曲率的解，并确定四涡解存在的范围。随后，我们进行了研究，寻找考虑扭转影响的稳态解决方案。结果发现，对于一定的扭矩值，管道的横截面流量取最小值。此外，利用分叉理论对弯曲管道中的流动进行研究正在进行中。