DNSによる衝撃波と自由せん断流渦の干渉による音波発生機構の解析とモデル化

使用 DNS 对冲击波与自由剪切流涡流干涉产生的声音机制进行分析和建模

• 批准号: 00J04713
• 负责人: 渡辺 大輔
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J04713/
• 关键词: 圧縮性; 自由せん断流; 空力音響学; DNS; 線形安定性解析; 渦; 乱流; LES

本年度は昨年度に引き続き、圧縮性自由せん断流のDNSデータベース構築及び得られたデータベースよりLESにおける既存圧縮性SGSモデルの評価を目的とした.自由せん断流渦の構造及び乱流遷移における音波発生機構を調査する為,圧縮性ジェットのDNS及び線形安定解析を実行し圧縮性が及ぼすジェット音波発生機構並びに、ジェットに対する既存圧縮性SGSモデルの特性を明らかにした。超音速の位相速度を持つ反対称(A1)モードの成長は下流において音響波(マッハ波)を形成し、このマッハ波は移流マッハ数または波数の増加によってA1モードの位相速度がジェット周囲の音速を超えると顕著に表れる。また、高波数のA1モードは音響成分が支配的でありジェット遷移過程の早期に音響場を形成する。二次元DNSとの比較より、最大成長率付近の三次元A1モードの増幅によって引き起こされる流れ場の三次元化は、ジェット中心速度の早い低下を促し、放出されるマッハ波の強さを減少させる。このことから上流において位相速度が音速以下の三次元モードを制御し加えることにより、マッハ波放射のエネルギーを抑えることが可能であると考えられる。超音速のデータベースを用い、ダイナミックスマゴリンスキーモデル(Moin 1991)及びのDynamic mixedモデル(Salvetti 1995)のa prioriテストの実行し、Bardina(1984)のスケール相似則モデルがSGS応力場で支配的な割合を占めている事を確認した。このことから修正Leonard項を含まないMoinのモデルより、それを含みかつ修正Cross項を考慮したSalvettiのモデルが良い相関を与える。そしてSalvettiのモデルでは、動的に求められる2つの係数において渦粘性を示すモデル係数が極めて小さく、SGS項の大部分はスケール相似則に依存している事を確認した。

继去年之后，今年的目标是构建可压缩自由剪切流的 DNS 数据库，并使用获得的数据库评估 LES 中现有的可压缩 SGS 模型。为了研究这一点，我们对可压缩射流进行了 DNS 和线性稳定性分析。阐明了受压缩性影响的射流声产生机制以及现有射流可压缩SGS模型的特点。具有超音速相速度的反对称（A1）模态的增长在下游形成声波（马赫波），这种马赫波是由平流马赫数或波数的增加引起的，其中A1模态的相速度射流周围的声速增加，超过时就会变得明显。此外，高波数A1模式以声学成分为主，并在射流过渡过程的早期形成声场。与二维DNS相比，在最大增长率附近，三维A1模态放大引起的流场三维化，促使射流中心速度迅速下降，降低了发射马赫波的强度。 。由此，认为可以通过控制并添加相速度小于上游的声速的三维模式来抑制马赫波辐射的能量。利用超声速数据库，我们对动态Smagorinski模型（Moin 1991）和动态混合模型（Salvetti 1995）进行了先验检验，发现Bardina（1984）的尺度相似律模型在SGS应力场中占主导地位。经确认，该比例为由此看来，包含修正的伦纳德项并考虑修正的交叉项的萨尔维蒂模型比不包含修正的伦纳德项的莫因模型具有更好的相关性。在Salvetti的模型中，两个动态确定的系数中代表涡粘性的模型系数极小，并且证实了大多数SGS项依赖于尺度相似定律。

项目成果

渡辺大輔: "DNSによる超音速自由せん断流における音波放出機構の研究"航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム2002論文集. 53 (2002)

渡边大辅：“利用DNS研究超音速自由剪切流中的声波发射机制”航空航天数值模拟技术研讨会2002年论文集53（2002）。

Hiroshi Maekawa: "Study of Mach wave emission mechanisms in a turbulent jet at high convective Mach numbers using DNS"Russian Japanese Symposium "Actual Problems of Computational Mechanics", S-Petersburg. (2002)

Hiroshi Maekawa：“使用 DNS 研究高对流马赫数湍流射流中的马赫波发射机制”俄罗斯日本研讨会“计算力学的实际问题”，圣彼得堡。

竹原洋三: "圧縮性乱流DNSを使ったLESモデルの評価と比較"日本流体力学会年会2002講演会論文集. 396-397 (2002)

Yozo Takehara：“使用可压缩湍流 DNS 的 LES 模型的评估和比较”日本流体动力学学会 2002 年年会论文集。 396-397 (2002)

渡辺大輔: "超音速ジェットにおける秩序渦と役割"第52回理論応用力学講演会講演会論文集. (2003)

Daisuke Watanabe：“有序涡流及其在超音速喷气机中的作用”第 52 届理论与应用力学会议论文集（2003 年）。

Daisuke Watanabe: "Transition of Supersonic Plane Jet due to Symmetric/Antisymmetric Unstable Modes"Journal of Turbulence. Vol.3. 1-17 (2002)

Daisuke Watanabe：“由于对称/反对称不稳定模式导致的超音速飞机射流的转变”湍流杂志。