LESによる高レイノルズ数壁乱流の大規模乱流構造の解析と温度成層の影響

高雷诺数壁湍流大尺度湍流结构的大涡分析及温度分层的影响

基本信息

批准号：
14750110
负责人：
坪倉誠
金额：
$ 2.43万
依托单位：
The University of Electro-Communications (2003-2004)Tokyo Institute of Technology (2002)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は大きく次の三つの課題に分けられる。(1)中立成層状態の平板チャネル乱流の大規模乱流構造と、壁面極近傍の乱流微細渦構造との関係の解明。(2)中立成層状態の様々な壁乱流における大規模構造の普遍性と圧力勾配や境界形状の影響の解明。(3)平板チャネル乱流の大規模構造に対する温度成層性の影響の解明。この内、(1)(3)についてはそれぞれ一昨年、昨年度実施した。本年度は研究最終年度として(2)の課題について、今まで行ってきた平板チャネル流に加えて円管内乱流のLES解析を行い、その大規模構造の差異について検討を行った。離散化手法には最近開発された、円筒座標系完全保存型高精度差分法を適用した。研究はまず第一ステップとして、1.円管内乱流LESにおける流れ場の、格子解像度、差分離散精度、SGSモデルに対する依存性の検討を行った。結果、特に離散精度に対する依存性が大きく、二次精度ではSGSモデルの影響と差分誤差がほぼ同程度に解に作用し、SGSモデルに期待した効果が得られないことが判った。従って、円管内LESでは四次精度差分を適用することとした。得られた成果は、北京で行われた第6回計算力学世界会議(WCCM)において発表した。次に2.管長が直径の約12倍に匹敵する大規模円管内乱流LESを行い(Reτ=1180)、流れ場を可視化すると共に、得られた統計量、特に主流方向速度スペクトルについて、既に得られている平板チャネル流の解析結果と比較することで、境界形状がもたらす影響について調べた。結果、壁面極近傍のバッファ域で両者の差はほとんど見られないが、対数則域において現れる大規模構造は、円管流の場合、対数則域から外層にかけて、周方向にお互い相互干渉を起こし、その主流方向サイズがチャネル流と比較して小さくなることが判った。得られた成果は速報として、米国物理学会流体力学部門講演会(シアトル)にて発表を行った。

这项研究可以广泛分为三个主要问题：（1）评估中性分层状态下平坦通道湍流的大规模湍流结构与壁杆附近的湍流微涡流结构之间的关系。（2）阐明大型结构的普遍性以及中性分层状态中各种壁湍流中压力梯度和边界形状的影响。（3）评估温度分层对平坦通道湍流大规模结构的影响。其中（1）和（3）分别在两年前和去年实施。今年，作为研究的最后一年，我们除了到目前为止所做的平坦通道流外，我们还对圆形管道中的湍流进行了LES分析，并检查了大规模结构的差异。最近开发的圆柱坐标系完全保护高精度差异方法被应用于离散方法。研究的第一步是研究圆形管中湍流LES在晶格分辨率，差分分离和散射精度以及SGS模型上的依赖性。结果，发现特别是对离散准确性的依赖性很大，并且在二次准确性中，SGS模型的效果和差异误差在几乎相同的程度上影响解决方案，并且无法获得SGS模型的预期效应。因此，第四纪准确性差异应用于管子内LE。获得的结果在北京举行的第六届世界计算机械师会议（WCCM）上介绍。接下来，2。我们进行了大规模的圆管湍流LE，管长的长度约为其直径约12倍（REτ= 1180），可视化流场，并比较了获得的统计量，尤其是主流速度光谱，并与先前获得的平面通道结果分析结果。结果，尽管在壁表面杆附近的缓冲区之间几乎没有差异，但发现在圆形管流的情况下，出现在对数法律区域中的大规模结构在从对数法律区域到外层到外层到外层方向的大小方向相互交互，而主流方向的大小比流量较小。获得的结果是在美国物理学会的流体力学讲座（西雅图）中作为突发新闻。