直接シミュレーションによる非平衡溝乱流の微細構造の研究

非平衡槽湍流微观结构的直接模拟研究

• 批准号: 07750193
• 负责人: 辻本 公一
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750193/
• 关键词: Turbulent Shear Flow; Wavy Channel; Oscillating Flow; DNS; Data-base

非平衡溝乱流の微細構造の研究のために直接シミュレーションを実施し,そのデータベースを活用し評価を行った.まず吹き出し・吸い込みを一方の壁面に与えた溝乱流DNSデータベースを用いて縦渦の挙動について調べた.吹き出し・吸い込みのない平板側では縦渦は流れ方向に極めて強い圧力変動を受けながら流下するが,平均的な圧力分布を指標として見たとき縦渦の空間的な配置と圧力分布と対応しない.これはこの流れ場での縦渦の寿命時間に比べ,圧力変動が同じ時間スケールで作用することを示しており,時間平均化された乱流統計量の特性はこの縦渦自身の圧力に対するわずかな応答の違いが累積して表れるものと考えられる.さらに,この流れ場に対し,縦渦の再生・維持機構に関して調べたところ,通常の溝乱流場と同じ機構が確認された.その際,縦渦周辺の渦線構造を可視化することによりそのダイナミクスを検討し,縦渦の生成項の物理的な意味を明らかにした.また,通常の溝乱流の一方の壁面をスパン方向に振動させたとき,振動開始後,振動壁上で乱れが速やかに減衰する.このデータベースを用い,その時系列情報について可視化を行った.その結果,乱れの基本過程は主流方向に軸を持つ縦渦が支配的な役割を持つことを改めて明らかにした.縦渦は通常の溝乱流ではスパン方向の渦を巻き込みながらその維持・発達が行われる.一連の可視化結果から,縦渦に巻きとられた渦糸が壁の移動による強いせん断力により次々とスパン方向に引き延ばされ,渦管構造を持つ縦渦が速やかに渦層に還元されること,このことが縦渦が消失し,乱れが抑制される機構であることを確認した.また,振動壁側では時間とともに乱流場が外力により準層流化することから乱流モデルの検証のための有効なデータベースの取得を行うことが出来た.

对非平衡沟槽湍流的精细结构进行了直接模拟研究，并利用数据库进行了评估。我们研究了平板侧的垂直涡流行为，其中没有吹出或吸入，同时在流动方向上经历极强的压力波动，这与压力分布不相符。这表明压力波动与该流场中纵向涡的寿命作用在相同的时间尺度上，并且时间平均湍流统计的特征与纵向涡本身的压力略有不同。对于该流场中纵向涡流再生和维持的机制，我们确认该机制与正常凹槽湍流场中的机制相同，通过可视化纵向涡流周围的涡线结构，我们可以了解其动力学。我们对此进行了研究，并阐明了纵向涡产生项的物理意义。我们还发现，当正常凹槽湍流的一个壁在跨度方向上振动时，振动开始后，振动壁上很快会产生湍流。这个数据库，那么结果，我们再次发现湍流的基本过程是由轴位于主流方向的纵向涡流主导的，在正常的凹槽湍流中，纵向涡流在维持它的同时产生涡流。一系列可视化结果表明，缠绕在纵向涡中的涡纤维在壁面运动引起的强剪切力的作用下依次沿跨度方向拉伸，具有涡管结构的纵向涡很快变成涡流。这减少了垂直我们确认这是一种涡消失、湍流被抑制的机制。此外，在振动壁侧，湍流流场由于外力的作用，随着时间的推移变成准层流，因此这是验证的有效数据库我能够获得湍流模型。

项目成果

三宅裕,辻本公一: "周期的圧力勾配を有する平板間乱流のDNS" 日本機械学会論文集,. 61B. 2401-2408 (1995)

Yutaka Miyake、Koichi Tsujimoto：“具有周期性压力梯度的板间湍流的 DNS”，日本机械工程师学会汇刊，61B 2401-2408 (1995)。

高橋仁之,三宅裕,辻本公一: "スパン方向に壁面を振動させた溝乱流の直接シミュレーション" 第9回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 181-182 (1995)

Hiroyuki Takahashi、Yutaka Miyake、Koichi Tsujimoto：“壁面沿跨度方向振动的凹槽湍流的直接模拟”第九届计算流体动力学研讨会论文集 181-182（1995）。