レーザ応用計測と直接シミュレーションによる密度変動を伴う旋回乱流輸送現象の解明

通过激光测量和直接模拟阐明伴随密度涨落的旋流湍流输运现象

基本信息

批准号：
05750193
负责人：
平井秀一郎
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
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：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750193/
关键词：
混合層直接シミュレーション運動量輸送現象

项目摘要

速度の異なる2流体がしきり板を介して混合する混合層について,数値粘性を加えない4次精度の中心差分を用いた直接シミュレーションを行い,以下の結論を得た.(1)速度比が0.7の場合について得られるシミュレーション結果より,混合層の初期生成領域では,運動量ならびにスカラー量の輸送が抑制される.特に,運動量の場合は抑制効果が大きく,逆勾配拡散現象が観測される.これらの特異な輸送現象が生じる原因について,運動量ならびにスカラー量の輸送を表わすu′v′ならびにv′c′の輸送方程式の各項の大きさと渦運動の相互作用について考察した.その結果,混合層初期生成領域においては,渦間の間隔が狭く,渦相互の干渉する効果により,渦の間に2次流れが生成され,主流と直角方向の速度変動が大きなものになること,この効果により,勾配拡散を駆動する生成項の大きさより,逆勾配拡散を駆動する速度圧力勾配相関項の大きさが卓越し,これにより運動量ならびにスカラー量の輸送が抑制されていることが明らかになった.(2)混合層の下流領域では,渦の合体が観測される.混合層の発達には,渦の合体が大きな役目を果たしていることが従来より指摘されているが,渦の合体時にどのような運動量輸送が行われるか明確ではなかった.直接シミュレーションから得られるデータベースを用いて,その現象について考察を行った.その結果,渦の合体時には,瞬時の速度変動のu′v′の負の領域,すなわち勾配拡散を駆動する領域が合体し,大きな負の領域が形成され,これにより運動量の勾配拡散が駆動されること,また,その後,u′v′の正の領域が生成され,逆勾配拡散が生じることが明らかになった.

对于两种不同速度的流体通过隔膜板混合的混合层，我们在不添加数值粘度的情况下，使用四阶精度的中心差进行直接模拟，得到以下结论：（1）速度比为0.7根据针对情况得出的仿真结果。对于这些特殊输运现象的原因，我们考虑了代表动量和标量输运的u′v′和v′c′输运方程中各项的大小与涡运动之间的相互作用。因此，在混合层的初始产生区域，涡流之间的间距较窄，由于涡流之间相互干扰的作用，在涡流之间产生二次流，并在方向上产生速度脉动。垂直于主流，梯度变大。研究表明，驱动反向梯度扩散的速度-压力梯度相关项的大小优于驱动扩散的产生项的大小，并且这抑制了动量和标量的传输 (2) ) In。在混合层的下游区域，观察到涡的合并。已经指出，涡的合并在混合层的发展中起主要作用，是否会发生输送是很清楚的。我们使用直接模拟获得的数据库研究了这一现象。结果发现，当涡流合并时，瞬时速度波动的 u′v′ 的负区域，即梯度扩散，驱动了很明显的区域合并形成一个大的负区域，驱动动量的梯度扩散，然后生成u′v′的正区域，从而形成反向梯度扩散。