計算流体力学の剥離せん断層不安定性増幅問題への適用に関する研究

计算流体力学在分离剪切层失稳放大问题中的应用研究

• 批准号: 05750457
• 负责人: 白土 博通
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Kyoto University
• 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-05750457/
• 关键词: CFD; 離散渦点法; bluff body; VIC法; 数値粘性; Lamb渦; レイノルズ数; 矩形断面

離散渦点法によるbluff body回りの流れの解析を目的として,1)断面近傍の流れの精度良い再現,2)流体の粘性の導入法に着目し,一連の検討を行った。このうち1)は,従来のBiot-Savart式による誘起速度算出法(直接法と呼ぶ)を用いるとき,渦点同志が接近する場合に避けられない問題である。本研究で対象とするようなbluff body回りの流れでは,物体周囲の剥離せん断層を精度良く再現することが最も重要となるが,物体表面近傍ではこのような渦点同志の接近は頻繁に起こる。本研究ではこの問題点を解決するひとつの方法として,上記の直接法によらず,渦点により構成される場の渦度分布を一旦解析領域内に張られたメッシュ系に配置し直し,流れ関数-渦度のPoisson方程式を解くことにより,速度場を求める手法を用いた。この方法はVortex-In-Cell法(VIC法と呼ぶ)と呼ばれ,以前よりその得失が知られている方法であるが,渦点分布からメッシュ系の渦度分布へ変換する際に何らかの数値粘性が付加される点が大きな欠点である。本研究ではLamb渦の渦度空間分布の時間的拡散と比較することにより,通常のVIC法による数値粘性の大きさを定量的に評価することを試み,メッシュの大きさDELTAx,時間ステップDELTAtを含む定式化を行った。さらに,数値粘性を抑えたVIC法に代わる渦度変換手法を提案した。また2)については,異なるレイノルズ数の解析を行うために通常メッシュの大きさを変える必要があるが,同一メッシュを用い,流れ関数-渦度のPoisson方程式中の時間ステップDELTAtをレイノルズ数に応じて変える方法を新たに提案し,2次元静止矩形断面回りの流れの解析に適用した。その結果,風洞実験によりRe=500付近で観測されているストローハル数の不連続が再現されることが明かとなり,本手法の有効性が確認された。なお,振動物体回りの流れの解析への本手法の適用も可能と考えられ,次の検討課題として更に本研究を継続する予定である。

为了使用离散涡点法分析钝体周围的流动，我们进行了一系列研究，重点是 1) 横截面附近流动的精确再现，以及 2) 引入流体粘度的方法。其中，1）是使用毕奥-萨伐尔方程计算诱导速度的传统方法（称为直接法）时涡点彼此接近时不可避免的问题。在作为本研究主题的钝体周围的流动中，准确地再现物体周围的分离剪切层是最重要的，但是这种涡点的接近经常发生在物体表面附近。在本研究中，作为解决这一问题的方法，我们没有采用上述的直接方法，而是首先将由涡点组成的场的涡度分布重新排列成在分析域内拉伸的网格系统，然后通过一种方法用于通过求解函数涡度的泊松方程来获得速度场。这种方法称为 Vortex-In-Cell 方法（VIC 方法），其优点和缺点早已为人所知，主要缺点是会增加粘度。在本研究中，我们尝试通过比较兰姆涡的涡度空间分布的时间扩散，使用通常的VIC方法定量评估数值粘度的大小，并确定网格尺寸DELTAx和时间步长DELTAt A公式。此外，我们提出了一种涡度转换方法来代替数值粘度降低的 VIC 方法。对于2），为了分析不同的雷诺数，通常需要改变网格的大小，但是通过使用相同的网格，流函数-涡度的泊松方程中的时间步长DELTAt根据雷诺数进行调整我们提出了一种改变流量的新方法，并将其应用于二维静止矩形横截面周围的流动分析。结果表明，再现了风洞实验中Re=500附近观察到的斯特劳哈尔数的不连续性，证实了该方法的有效性。此外，人们认为可以将该方法应用于振动物体周围的流动分析，我们计划将这项研究作为下一个主题继续进行。

项目成果

H.Shirato,M.Matsumoto,et.al.: "Viscous Flow Simulation around Bluff Body by Vortex Method" 9th International Conference on Wind Engineering. (発表予定). (1995)

H. Shirato、M. Matsumoto 等人：“涡流法周围粘性流模拟”第 9 届国际风工程会议（1995 年）。