非線形流れ問題の数値シュミレーション

非线性流动问题的数值模拟

基本信息

批准号：
62613003
负责人：
大橋秀雄
金额：
$ 3.14万
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：
1987
资助国家：
日本
起止时间：
1987 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

非線形性の強い複雑な流れは, 解析的に解くことは出来ず数値シミュレーションによって解かざるを得ない. ここでは, 以下に示す流れについて数値モデルを確立するとともに計算方法を開発している. 研究実績は以下の通りである.1)混相流:気泡流に対する方程式系並びに数値計算アルゴリズムを確立し, 翼列回りの気泡流などいくつかの例について数値シミュレーションを行った. 気液間のスリップ, 気泡の半径方向運動等により流れは大きな影響を受けるなど, その計算結果は, 気泡流の基本的な特徴を良く表していることを確認した.2)剪断乱流:3次元離散渦法によって, 渦系と渦輪の相互干渉を求め, 交換モード, 合体モード, 遠隔作用モード, 弱相互作用モードの4種類の基本的なモードがあることを見出した. これらのモードに対するエネルギースペクトル, エンストロフィースペクトル, ヘリシティーなどの時間発展を明らかにし, 乱流における渦相互作用の素過程を考察する基礎を得ることができた.3)希薄流:分子衝突をシミュレートする新方法(Madified Nanbu Method)の有効性を明らかにし, この方法を用いて, 成膜装置内の二次元蒸発・蒸着プロセス, 円筒形るつぼから真空中へ分子が蒸発するときの分子流束の空間分布, 極超音速希薄流中に置かれた円板の抗力と熱伝達, クライオパネルと分子流の相互干渉を解明した.4)非線形水面波動:界面波の数値計算上の打ち切り誤差の問題を詳細に調べるとともに, 解析的に非線形界面運動を簡単な偏微分方程式によりモデル化する手法を与えた. 一方, 非線形波動の解析に向けて, Lagrange表記による方程式系の差分解を求める方式も試行した. この手法を鉛直2次元の砕波現象に応用したところ, 約5倍の粗格子でMAC法とほぼ同等の成果が得られた. 未知量を流速成分から圧力に切り換えることにより, 応用範囲の拡大と計算効率の向上を図った.

具有强非线性的复杂流动无法通过解析求解，必须通过数值模拟来求解。这里，我们建立了数值模型并开发了如下所示的流动计算方法。研究成果 1）多相流：我们建立了方程组和数值计算气泡流算法，并对叶片排周围的气泡流等几个例子进行了数值模拟。气体和液体之间的滑移，证实计算结果很好地体现了气泡流动的基本特征，如流动受气泡径向运动的影响较大。2）剪切湍流：采用三维离散涡方法，研究了气泡之间的相互干扰。涡系统和涡环，发现有四种基本模式：交换模式、聚结模式、远程作用模式和弱相互作用模式。能谱、熵谱、我们能够阐明螺旋度等的时间演化，并获得考虑湍流中涡相互作用的基本过程的基础。3）稀流：模拟分子碰撞的新方法（Maddified Nanbu Method）的有效性。利用这种方法，我们研究了薄膜沉积系统中的二维蒸发/沉积过程，当分子从圆柱形坩埚蒸发到真空中时分子通量的空间分布，阐明了置于高超声速稀流中的圆盘的阻力和传热，以及低温板与分子流之间的相互干扰。4）非线性水面波：详细解释了界面波数值计算中的截断误差问题。除了这项研究之外，我们还提供了一种使用简单偏微分方程对非线性界面运动进行分析建模的方法。另一方面，对于非线性波的分析，我们还尝试了一种使用以下方法计算方程组的差分分辨率的方法：拉格朗日符号。当该方法应用于二维垂直波浪破碎现象时，通过将未知量从流速分量切换为压力，可以得到与MAC方法几乎相同的结果，网格粗化约五倍。进行扩展，我们的目标是提高计算效率。