攪拌槽内の流体の乱流運動の直接数値シミュレーションと実験による検証

搅拌槽内流体湍流运动的直接数值模拟与实验验证

• 批准号: 08650895
• 负责人: 湯 晋一
• 金额: $ 0.51万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 1997
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08650895/
• 关键词: 直接数値計算; 攪拌槽; 乱流運動; 渦運動; 大規模渦; 微小渦; 変動強度; 乱流遷移; 流体力学; 撹拌槽; 乱流; LDV; 3次元流れ; 渦; 乱流輸送現象; 直接数値計算; 攪拌槽; 乱流運動; 渦運動; 大規模渦; 微小渦; 変動強度; 乱流遷移; 流体力学; 撹拌槽; 乱流; LDV; 3次元流れ; 渦; 乱流輸送現象

バッフルあり及びバッフルなしの低レイノルズ数攪拌槽(攪拌槽半径及び翼端速度基準レイノルズ数=4500)内の流体運動を3次元Navier-Stokes式と連続の式に基づいて、その慣性項には4次の中央差分法または5次の風上差分法を、その他の空間微分項には2次の中央差分法を、また時間微分項には2次のルンゲ・クッタ法を用い直接数値計算を行った。また、ほぼ完全に同一条件の実験を行い、数値計算結果の検証を行った。その結果、実験値をほぼ正確に表現する、攪拌槽の性能の最も基礎となる瞬時瞬時の流れ模様はもちろんのこと様々な流れ特性値を明らかにすることが出来た。また、本研究は攪拌槽の初期の始動状態から定常な攪拌に達した後の乱流の複雑変動流を含む流れ場を長時間にわたって計算することに成功している。以上の事柄から以下のような研究成果が得られた。1.バッフルあり、なしの低レイノルズ数値攪拌槽内の乱流を含む流れ(初期始動状態から定常な攪拌状態を含む)を正確にシミュレーションすることが出来た。2.1の結果を用いて攪拌槽内の各方向平均速度分布、各方向変動強度分布、レイノルズ応力分布エネルギースペクトル等を正確に求めることに成功し、これによって攪拌槽の正確な性能予測を可能にした。3.攪拌槽内の大規模渦の発生及びそれらの成長、分裂、分散のメカニズムを明らかにした。それによって微小渦の生成、大小渦の相互干渉等を明らかにすることが出来、流れの乱流遷移のメカニズム解明への有力なデータを提供することが出来た。

Fluid motion in a low Reynolds number stirring tank with and without baffles (stir radius and blade tip velocity reference Reynolds number = 4500) was performed directly using the 3D Navier-Stokes equation and continuous equation, with four-order central difference method or fifth-order upwind difference method for the inertia term, the quadratic middle difference method for the other spatial differential terms, and the second-order runge-kutta方法在时间差异项中。此外，在几乎完全相同的条件下进行了实验，并验证了数值计算结果。结果，不仅可以阐明瞬时流动模式，这是搅拌罐的性能最基本的，而且是各种流动特性值，几乎代表了实验值。此外，这项研究已成功地计算了很长的时间，从搅拌罐的初始启动状态达到稳定搅拌后，含有复杂湍流的流场。上述发现已得到如下：1。可以准确模拟低雷诺的数值搅拌器中含有湍流的流量（包括在低雷诺德的稳定搅拌状态的初始启动状态）中，在低雷诺中搅动储罐，而无需挡板。使用2.1中的结果，我们成功地准确地获得了每个方向上的平均速度分布，每个方向的波动强度分布，雷诺应力分布能谱等在搅拌箱中，这可以准确预测搅拌罐的性能。 3。阐明了搅拌罐中大规模涡旋的产生及其生长，分裂和分散的机制。这使我们能够阐明微边缘的产生，大边和小边之间的相互干扰，并提供强大的数据以阐明流量的湍流过渡机制。