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。

今年，在去年之后，我们旨在构建一个DNS数据库，以用于可压缩的自由剪切流，并评估从获得的数据库中LES中现有的可压缩SGS模型。为了研究自由剪切流量涡流的结构以及在湍流过渡中的声音产生的机制，我们对可压缩射流进行了DNS和线性稳定性分析，并揭示了受压缩性和现有压缩性SGS模型影响JET的射流声音产生机制的特征。具有超音速相速度的反对称（A1）模式的生长形成下游的声波（马赫波），并且当A1模式的相位速度超过射流速度周围的声速时，由于ADVECTION MACH数量的增加或波浪数量或波浪数量增加，因此显着反映了此次波。此外，高波数A1模式由声学成分占主导地位，并且在射流过渡过程的早期形成声场。与二维DNS相比，由于三维A1模式在最大最大生长速率附近放大而引起的流场的三维化促进了射流中心速度的迅速降低，并降低了释放的马赫波的强度。因此，人们认为，通过控制和添加三维模式，其中相位速度低于上游流中的声速，就可以抑制马赫波辐射的能量。使用超音速数据库，对动态Magorinski模型（Moin 1991）和动态混合模型（Salvetti 1995）和Bardina（1984）规模相似性法律模型进行了先验测试，该模型占SGS应力场的主要比例。因此，萨尔维蒂（Salvetti）的模型包含它并考虑到修改后的跨期限比不包括修改后的伦纳德（Leonard）术语的Moin模型具有更好的相关性。在Salvetti模型中，显示两个动态确定系数的涡流粘度的模型系数极小，并且已经证实大多数SGS项都取决于规模相似性规则。

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。