長大橋箱桁断面の空力特性に対するDESを用いた数値流体解析とその適用性の評価

长桥箱梁截面气动特性的DES计算流体分析及其适用性评价

基本信息

批准号：
15760355
负责人：
丸岡晃
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Hachinohe National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760355/
关键词：
長大橋矩形断面箱桁断面数値流体解析有限要素法 LES RANS DES 平行平板間流れ

项目摘要

従来から行われている橋梁断面を対象とした数値流体解析手法は、乱流モデルの観点からすれば、RANSとLESに二分される。RANSは計算負荷が少なく、剥離のない壁面近傍において有効性を発揮するが、剥離・再付着を伴う流れや変動成分の再現性においてやや難がある。一方、LESは微細な格子が必要で3次元解析をベースとするため、計算負荷は大きいが、剥離・再付着や変動成分も精度良く再現する。ただし、壁面近傍における乱れスケールを十分に再現できないという問題点もある。長大橋箱桁断面における空力特性は、剥離・再付着を伴う流れであり、変動成分も大きく寄与する。また、フラッターに関連する非定常空気力の作用に関しては、壁面近傍の流れを良く再現することも重要になる。そこで本研究では、従前の手法の問題点を解決するため、RANSとLESの互いの利点を取りこんだ、Spalartによって提案されたDES(Detached Eddy Simulation)と呼ばれる方法を適用し、長大橋箱桁断面の空力特性の検討を行い、DESの適用性の評価を行った。具体的には、平成15年度には、基本的ベンチマーク問題(平行平板流れ)によるDESの適用性の評価および矩形断面(B/D=4)の静的解析に対するDESの適用性の評価を行った。平成16年度には、平成15年度に課題となったDESで必要となるモデル定数の影響の評価を行った。最終年度である平成17年度には、最適なモデルによる基本箱桁断面の静的解析、また、振動問題を含む動的解析を実施した。その結果、DESは、RANSより剥離・再付着をよく表現し、少ない格子点数であってもLESと同等の精度の解析が行われることを確認し、長大橋箱桁断面における空力特性の検討に有効な方法であることを明らかにした。

传统的桥梁截面计算流体分析方法从湍流模型的角度可以分为RANS和LES。 RANS 的计算负载较低，并且在没有分离的壁面附近有效，但在再现涉及分离和重新附着的流动和波动分量方面存在一些困难。另一方面，LES需要精细的网格，并且基于三维分析，需要大量的计算负荷，但它也可以高精度地再现脱离、重新附着和波动分量。然而，也存在无法充分再现壁面附近的紊流规模的问题。长桥箱梁截面的气动特性是涉及分离和重新附着的流动，波动分量也有很大的贡献。此外，对于与颤振相关的非定常空气动力的作用，准确再现壁面附近的流动也很重要。因此，在本研究中，为了解决以往方法存在的问题，我们采用了Spalart提出的DES（Detached Eddy Simulation）方法，该方法融合了RANS和LES的共同优点，来模拟盒子的横截面我们研究了 DES 的空气动力特性并评估了 DES 的适用性。具体来说，2003年，我们使用基本基准问题（平行板流）和矩形横截面（B/D=4）的静态分析来评估DES的适用性。 2004 年，我们评估了 DES 所需的模型常数的影响，这在 2003 年是一个问题。 2005财年，即该项目的最后一年，使用优化模型对基本箱梁截面进行了静力分析，并进行了包括振动问题的动力分析。结果表明，DES 比 RANS 更能表达分层和再附着，即使网格点数量较少，也能以与 LES 相同的精度进行分析，这被证明是一种有效的方法。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

橋梁断面の数値流体解析におけるDESの適用

DES在桥梁断面计算流体分析中的应用

DOI：
发表时间：
2004
期刊：
土木学会年次学術講演会講演概要集 59
影响因子：
0
作者：
丸岡晃;清川弘樹
通讯作者：
清川弘樹

数値流体解析による断面辺長比4の矩形断面の空力応答特性に関する検討

利用计算流体分析研究边长比为4的矩形截面气动响应特性

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
応用力学論文集 Vo.8
影响因子：
0
作者：
田高真人;天間祐輔;丸岡晃
通讯作者：
丸岡晃

振動する矩形断面まわりの流れのDES

围绕振荡矩形横截面流动的 DES

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
理論応用力学講演会講演論文集 55
影响因子：
0
作者：
丸岡晃;田高真人
通讯作者：
田高真人

Akira MARUOKA: "Finite Element Analysis for Flow Around a Rotating Body using Chimera Method"International Journal of Computational Fluid Dynamics. 17. 289-297 (2003)

Akira MARUOKA：“使用 Chimera 方法对旋转体周围流动进行有限元分析”国际计算流体动力学杂志。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

断面辺長比4の矩形断面の動的空力特性に関する数値流体解析

边长比为4的矩形截面动态气动特性计算流体分析

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
平成16年度土木学会東北支部技術研究発表会講演概要集
影响因子：
0
作者：
田高真人;丸岡晃
通讯作者：
丸岡晃

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通讯作者：
樫原太基，山田宰，酒造敏廣