乱流輸送現象のモデリングと数値解析法

湍流输运现象的建模和数值分析

基本信息

批准号：
63613002
负责人：
小林敏雄
金额：
$ 4.67万
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：
1988
资助国家：
日本
起止时间：
1988 至 1989
项目状态：
已结题

项目摘要

複雑乱流場の数値解析において、(1)従来経験的になされてきたモデリングを統計理論の側面から見直し、それによってk-εモデル非等方化およびLarge Eddy Simulation(LES)におけるSubgrid乱流モデルの普遍化を図ること、(2)現象を複雑化させる循環流、旋回流、剪断混合層、分散相の存在、電導性、相変化現象などと乱流との相互干渉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の乱流の統計理論とモデリングにおいては2スケールくり込み理論により導出されたMHD3方程式モデルを逆転磁場ピンチによるプラズマ閉じ込めに適用しこのモデルの効果を確認した。更に、低磁気レイノズル数MHD2方程式モデルを提案し平行平板間乱流を例にとってその有効性を示した。課題2の複雑乱流モデリングと数値解析では、低レイノルズ数型k-ε乱流モデルの有効性を示した。更に、LESのSubgrid乱流モデルとしてBardinaモデルを導入、これが高次の乱流量の評価に有効であることを示した。課題3の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噴霧流のモデリングにおいて剪断流の噴霧粒子の揚力および各相の間の速度トリップを考慮するモデルを提案した。更に吹出しを伴なうダクト内乱流に関する詳細な実験解析により流れの層流化現象と乱流組織構造の独自性を見出した。課題4の乱流燃焼のモデリングと数値予測においては、流速の異なる2つの予混合気流の境界に置かれたパイロット火炎中に不活性ガスを添加した場合の混合過程を観察し、火炎による混合の抑制が存在することを明らかにし、この結果を弱い乱れ場にみられるしわ状層流火炎に対するモデリングに活用した。

在复杂湍流流场的数值分析中，（1）我们从统计理论的角度回顾了已经进行的实证建模；为了使子网格湍流模型在模拟（LES）中具有通用性，我们进行了全面的研究，其共同主题是提出一个能够描述两个系统之间相互干扰的合适模型，以及（3）通过与高度相似的模型进行比较来验证该模型。准确的实验结果。每项作业的主要结果如下。在任务1的湍流统计理论和建模中，我们将两尺度重正化理论导出的MHD3方程模型应用于使用反转磁场箍缩的等离子体约束，并证实了该模型的有效性。此外，我们提出了低磁射线喷嘴数MHD2方程模型，并以平行板间湍流为例证明了其有效性。在任务2的复杂湍流建模和数值分析中，我们证明了低雷诺数k-ε湍流模型的有效性。此外，我们引入了 Bardina 模型作为 LES 的亚网格湍流模型，并表明它对于评估高阶湍流是有效的。在复杂湍流中的湍流传输现象（问题 3）的建模和数值分析中，我们提出了一个模型，该模型考虑了剪切流中喷雾颗粒的升力以及喷雾流建模中各相之间的速度行程。此外，通过对伴有吹扫的管道内湍流的详细实验分析，我们发现了层流现象和湍流结构的独特性。在任务4的湍流燃烧建模和数值预测中，我们观察了当将惰性气体添加到放置在不同流速的两个预混合气流之间的边界处的引燃火焰时的混合过程，我们阐明了抑制的存在并加以利用。该结果用于模拟在弱湍流场中观察到的皱纹层流火焰。