レーザ平面蛍光法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

使用激光平面荧光方法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：
06750196
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：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06750196/
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,その効果により,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.さらにスカラー量の輸送についても考察を行い,スカラー量の輸送をあらわすu′c′は,渦合体挙動の初期には勾配拡散が駆動され,さらに合体が進むと逆勾配拡散が駆動される特徴的な輸送機構が生じていることが明確になった.

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针对该案例获得的模拟结果。结果表明，在混合层的初始生成区域，动量和标量的输运受到抑制，特别是动量情况下抑制效果较大，并观察到逆梯度扩散现象。这些独特的输运现象是关于原因、动力此外，我们还考虑了表达标量输运的输运方程 u′v′ 和 v′c′ 中各项大小与涡运动之间的相互作用。混合层初始产生区域，由于涡流的狭窄和相互干扰作用，涡流之间的间距为，涡流之间产生二次流，垂直于主流方向的速度脉动变大。因此，驱动反向梯度扩散的速度压力梯度大于驱动梯度扩散的生成项相关项的大小占主导地位，这会导致运动。很明显，标量和标量的传输都受到抑制。 (2) 在混合层的下游区域，观察到涡旋合并在混合层的发展中起着重要作用。有人指出，涡流目前还不清楚涡合并过程中发生了什么样的动量传输。利用直接模拟获得的数据库，我们考虑了这种现象。结果是，当涡合并时，瞬时速度脉动u′v为负面积′ ，即驱动梯度扩散的区域合并形成一个大的负区域，驱动动量的梯度扩散；很明显，扩散发生了。我们还考虑了标量的输运，发现代表标量输运的u′c′具有一个特征，即在涡旋合并行为开始时驱动梯度扩散，并且随着合并的进行，梯度扩散发生逆转。很明显，传输机制正在发生。