一様圧縮性乱流のモデリングと高精度大規模数値計算による研究

均匀可压缩湍流建模及高精度大规模数值计算研究

基本信息

批准号：
07750179
负责人：
服部裕司
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Tohoku 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：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

第一に、圧縮性乱流における素過程として重要である渦と衝撃波の相互作用について高精度直接数値計算コードの開発と数値解析を行なった。渦と衝撃波の強さに応じて衝撃波の正常反射及びマッハ反射に相当する現象が見られることを確認し、相互作用により発生する音波の生成メカニズムを解明し、これより音波の極性を説明することに成功した。圧縮性乱流中では渦の非線形相互作用による乱流騒音が発生する。乱流騒音の数値的研究へのステップとして、渦輪の衝突に伴って発生する空力音の高精度直接数値計算コードの開発と数値解析を行なった。渦輪の正面衝突の場合について、大気圧に比べて微小な音圧を精度良く捉えることができ、実験結果とも良く一致することを確認した。特に、音波が単極音成分と四重極音成分に分解されることが非常に高い精度で示された。また、実験では困難である空力音理論との定量的比較を行ない、空力音理論の精度を検証した。その結果、本来低マッハ数における近似理論である漸近接続展開による理論が、ある程度高いマッハ数においても正しいことがわかった。さらに、空力音の発生機構を、渦に備わっている音源の非定常運動の立場から説明できることを示した。渦輪の斜め衝突の場合についても計算を行ない、渦輪の切りつなぎに関連して単極音成分、四重極音成分に加えて八重極音成分が大きく現れることを確認した。乱流燃焼については、予混合火炎の乱流燃焼速度の圧力依存性について、最新の興味深い実験結果との比較解析を行なうため、スペクトル法による大規模直接数値計算コードを開発した。コードの検証を終え、現在数値計算と解析を行なっている。

首先，我们开发了一个高精度直接的数值计算代码，并在数值上对涡流和冲击波之间的相互作用进行了分析，这对于可压缩湍流中的基本过程很重要。我们证实，可以根据涡流和冲击波的强度观察到与冲击波的正常和马赫反射相对应的现象，我们已经阐明了产生通过相互作用产生的声波的机制，并成功地解释了声波的极性。由于涡流的非线性相互作用引起的湍流噪声发生在可压缩的湍流中。为了迈向有关湍流噪声的数值研究的一步，我们对进行涡流环的碰撞时产生的空气动力学声音的高精度直接数值计算代码进行了发展和数值分析。在涡流环正面碰撞的情况下，可以证实，与大气压力相比，可以准确捕获小的声压，并且实验的结果很好地匹配。特别是，已经显示出非常高的精度表明声波分解为单极和四极组件。此外，在实验中很难进行空气动力学理论的定量比较，以验证空气动力学理论的准确性。结果，发现渐近连接扩展的理论最初是低马赫数的近似理论，即使对于某些高马赫数也是正确的。此外，可以从涡流中提供的声源的不稳定运动的角度来解释产生空气动力学声音的机制。我们还为涡旋环的斜碰撞碰撞进行了计算，并确认除了单极和四极组件外，八极极组件还与涡旋环的缝隙相关。对于湍流燃烧，开发了使用光谱方法的大规模直接数值计算代码，以对预焦火焰的湍流燃烧速率的压力依赖性进行比较分析，并具有最新的有趣实验结果。验证代码后，我们目前正在进行数值计算和分析。