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。

为了使用离散的涡旋点法对悬崖体周围的流动进行分析，进行了一系列研究，重点是1）横截面附近的流量准确再现，以及2）引入流体粘度的方法。其中，当使用常规的生物 - 萨瓦特方程式诱导速度计算方法（称为直接方法）时，涡流点同志接近时，是1）是不可避免的问题。在悬崖体周围的流动中，作为这项研究的主题，准确地重现物体周围的分离剪切层是最重要的，但是涡旋点同志的这种方法经常发生在物体表面附近。在这项研究中，解决此问题的一种方法是使用一种通过重新定位由分析区域内的网格系统中旋转点组成的场的涡度分布并求解流量函数涡度的泊松方程的方法。该方法被称为涡流中的涡流方法（称为VIC方法），其优点和缺点已知一段时间以来，但其主要缺点是，从网格系统中的涡度分布转换涡度分布时，添加了某种数值粘度。在这项研究中，我们尝试使用常规VIC方法定量评估数值粘度的幅度，通过将其与羔羊涡流的涡度空间分布的时间扩散进行比较，并制定了包括网格尺寸Deltax和时间步长的配方。此外，已经提出了一种涡度转换方法来替代VIC方法，从而抑制了数值粘度。此外，在2）中，有必要更改正常网格的大小，以分析不同的雷诺数字，但是提出了一种新方法，以根据雷诺数使用同一网格来更改流量功能vortness的时间步长deltat，并将其应用于围绕二维重新统一的二维级别的分析，并将其应用于分析。结果，发现风洞实验在RE = 500左右观察到的Strohals数量中再现了差异，从而证实了该方法的有效性。此外，人们认为该方法可以应用于围绕振动对象的流量的分析，该研究将继续作为下一个问题。

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）。