乱流プロモータの挿入効果を予測する乱流数値解析モデルの検討

研究湍流数值分析模型来预测湍流促进器的插入效果

• 批准号: 07750229
• 负责人: 稲岡 恭二
• 金额: $ 0.7万
• 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: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750229/
• 关键词: 乱流; 対流熱伝達; 境界層; 非定常流; カルマン渦; モデル; 数値解析

1.第1段階として,角柱プロモータを挿入した層流境界層に関する非定常数値解析用コードを作成した.発達する層流境界層に関する予備計算を行った結果,ほぼ妥当な定常収束解が得られた.境界層厚さおよびプロモータ一辺の長さを固定し,主流レイノルズ数を数通りに変化させて計算を行った.かかる計算は現時点で完了していないものの以下の知見を得た.(1)物体挿入位置で壁面熱伝達率は極大値を示す.(2)流れ場は主流速度によらずプロモータから発生するカルマン渦により周期的に変動を繰返す.(3)主流レイノルズ数がある値以上になると,プロモータの下流において熱伝達率の第2ピークと摩擦係数の極小値が認められた.(4)この局所的瞬間的に発現する非相似性は,カルマン渦により誘起される時計回りの渦が低温流体を壁近傍に供給することにより生じる.2.第2段階においては,第1段階で作成したコードにk-ε乱流モデルを組込み,角柱プロモータを挿入した乱流境界層に関する非定常数値解析用コードを作成・実行して以下の知見を得た.(1)プロモータから発生するカルマン渦の周期は整理した実験値とよく一致する.(2)プロモータの下流において熱と運動量輸送の非相似性と類する結果が得られたものの,熱伝達率および壁面摩擦係数の予測値は実験値と定量的には一致しなかった.(3)この非相似性は層流場と同様にカルマン渦の存在を考慮してはじめて予測し得ることが分かった.(4)実験値とのずれがカルマン渦のスケールを小さく予測するために生じることをつきとめた.(5)係数の変更を試みた結果,カルマン渦のスケールは係数Cμを修正することによって大きく予測し得ることが分かった.以上の本研究で得られた成果は,カルマン渦的な流れの周期変動成分に対するモデル化が必要であることを示唆しており,その内容は今後の研究として検討していく所存である.

1。作为第一阶段，我们创建了一个代码，用于对层流边界层进行非稳态数值分析，并插入了方形的棱镜启动子。对发育中的层流边界层的初步计算导致了几乎合理的稳态收敛解决方案。固定了启动子一侧的边界层厚度和长度，并几次更改主流雷诺数。尽管此时尚未完成此计算，但获得了以下发现。 （1）插入位置处的壁热系数显示最大值。 （2）流场是主要的，无论流速如何，启动子产生的卡尔曼涡流都会重复循环波动。 （3）当主流雷诺数达到一定值或更高时，观察到启动子的下游观察到传热系数的第二峰和摩擦系数的最小值。 （4）当卡尔曼涡流诱导的顺时针涡流为壁附近提供冷流体时，这种局部瞬时差异发生。 2。在第二阶段，将K-ε湍流模型合并到第一阶段创建的代码中。我们创建并执行了代码，用于对湍流边界层的非平稳数值分析，并在以下发现中插入了方形棱镜启动子。 （1）从启动子产生的卡尔曼涡流的周期与有组织的实验值非常匹配。 （2）尽管结果与启动子下游的热量和动量传输之间的差异相似，但传热系数和壁摩擦系数的预测值与实验值无关。 （3）考虑到Kalman Vortex的存在，以及层流场也是如此。发现一开始可以做出预测。 （4）发现与实验值的偏差发生在小预测中预测卡尔曼涡流的规模。 （5）尝试更改系数后，发现可以通过修改系数Cμ来预测卡尔曼涡流的尺度。这项研究中获得的结果表明，必须将卡尔曼涡流流的环状变化成分建模，并且其内容将被视为未来的研究。