乱流輸送現象のモデリンと数値解析法

湍流输运现象的建模和数值分析

基本信息

批准号：
01613002
负责人：
小林敏雄
金额：
$ 8.7万
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 on Priority Areas
财政年份：
1989
资助国家：
日本
起止时间：
1989 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

(1)循環流、旋回流、剪断混合、圧縮性等を伴なう複雑乱流現象のモデリングを統計理論の側面から見直すことによる乱流モデルの普遍化、(2)分散相の存在、電導性、相変化現象などと乱流との複合現象を記述することのできる適切なモデルの提案および(3)精度の高い実験結果との比較によるモデル検証を共通のテーマとして総合的に研究を進めた。各分担課題の主な成果は次のとおりである。課題1“乱流の統計理論とモデリング"においてはMKD4方程式モデルと3方程式圧縮性乱流モデルを開発し、前者により核融合プラズマの巨視的運動を明らかにし、後者によって従来のモデルでは扱い得なかった衝撃波と乱流の干渉機構をモデルに組み込むことに成功した。課題2“複雑乱流モデリングと数値解析"では、低レイノルズ数型非等方kーepsilonモデルとLESにおける流れ場依存型Subgrid乱流モデルを開発し、前者によって乱流諸量の壁面漸近挙動の正確な予測が、後者によって剥離乱流の高精度予測が可能であることを示した。課題3“複雑乱流における乱流輸送現象のモデリングと数値解析"においては乱流熱流束代数式モデルを開発し、これと代数応力乱流モデルとの組み合わせによって液体金属乱流の熱伝達率の予測に有効であること、旋回により生じる流線の曲がりの影響を組み込んだ応力FLUXモデルによって熱を伴なう旋回乱流の予測が可能になること、温度場2方程式モデルを開発しこれと低レイノルズ数型非等方k周epsilonモデルとの組み合わせによって任意壁温の伝熱面からの乱流輸送現象の高精度予測が可能であること、固液混相の乱流において固相の沈降によって液相に生じる乱流応力のモデルの提案によって開水路浮遊砂流の速度分布予測が可能となったことが示された。課題4“乱流燃焼のモデリングと数値予測"においては、乱流混合の特性時間と化学反応の特性時間の比に依存する燃焼反応モデルを構築し乱流予混合火炎の微細構造の予測に成功した。

（1）湍流模型的普遍化，从统计理论的角度回顾了涉及循环流、旋流、剪切混合、压缩性等复杂湍流现象的建模，（2）分散相的存在和电导率。我们将全面推进研究，其共同主题是提出一个可以描述湍流、相变现象等复杂现象的合适模型，以及（3）通过与高精度实验结果进行比较来验证模型。每项作业的主要结果如下。针对主题一“湍流的统计理论与建模”，我们开发了MKD四方程模型和三方程可压缩湍流模型，前者阐明了聚变等离子体的宏观运动，后者则使我们阐明了聚变等离子体的宏观运动。我们成功地将冲击波和湍流的干涉机制纳入模型中。在作业 2“复杂湍流建模和数值分析”中，我们在 LES 中开发了低雷诺数型各向异性 kepsilon 模型和流场相关的亚网格湍流模型，前者允许我们估计各种湍流的壁面渐近行为准确的预测表明，后者可以高精度预测分离湍流。对于主题 3“复杂湍流中的湍流传输现象的建模和数值分析”，我们开发了湍流热通量代数模型，并将其与代数应力湍流模型相结合来预测湍流液态金属流的传热系数。应力通量模型结合了由旋流引起的流线弯曲效应，可以预测伴随热量的旋流湍流。我们开发了一个二方程温度场模型，并证明，通过将其与低雷诺数各向异性 k 周长 epsilon 模型相结合，可以高精度预测任意壁温传热表面的湍流传输现象。结果表明，通过提出液混合湍流中固相沉降在液相中产生的湍流应力模型，可以预测明渠悬浮泥沙流的速度分布。在主题4“湍流燃烧的建模与数值预测”中，我们建立了依赖于湍流混合特征时间与化学反应特征时间之比的燃烧反应模型，并成功预测了湍流的精细结构。预混合火焰做到了。