乱流大規模直接数値計算データベースを用いた乱流の普遍性の解明

利用湍流大规模直接数值计算数据库阐明湍流的普遍性

基本信息

批准号：
07J54172
负责人：
岡本直也
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

台風や自動車まわりの流れなど、我々の身の周りに見られる流動現象の多くは乱れた流れ、乱流である。この乱流の理解や予測・制御には、従来の理論や実験に加えて、近年目覚ましい発展を遂げた計算科学的手法によって得られる知見が重要になっている。しかし、社会的・工学的に重要な、乱れの非常に強い乱流には大小様々なスケールの渦が混在し莫大な自由度をもつため、計算科学的手法の障壁となっている。従って、乱流の普遍的な性質を明らかにし、それを応用した情報縮約手法を開発することが重要である。研究目的である「秩序渦シミュレーション(Coherent Vortex Simulation;CVS)の検証」として、三次元一様等方性減衰乱流のCVSを行った。その結果、従来の考えを用いたCVSは、直接数値計算(Direct Numerical Simulation;DNS)(情報縮約を行わない場合の計算手法)の格子点数の30%程度で、乱流の統計をよく再現することが明らかになった。さらに、新しく開発したCVSは、DNSの15%程度の自由度であっても、乱流DNSの高次の統計までよく再現できることがわかった。この結果は、乱流の適合格子シミュレーションの視点から有用であると考えられる。また、研究計画にある「乱流の小スケールの普遍性の解明」として、i)小スケールの間欠性の定量化及びガウス場との比較、ii)エネルギー輸送のスケール局所性の解析を行った。i)では、乱流の各スケールにおけるヘリシティを新しく導入し、各スケールにおける幾何学的統計を調べた。その結果、乱流にはスケール依存性があるのに対しガウス場にはスケール依存性が見られないことがわかった。ii)では各スケールにおいて、エネルギー輸送のスケール局所性は慣性小領域では一定で小スケールほど局所性が高くなることがわかった。

我们周围看到的许多流动现象，例如台风和汽车周围的流动，都是湍流。为了理解、预测和控制这种湍流，除了传统的理论和实验之外，从近年来取得显着进展的计算科学方法中获得的知识也很重要。然而，从社会和工程角度来看非常重要的极强湍流包含各种大小和尺度的涡流，并且具有巨大的自由度，这对计算科学方法构成了障碍。因此，阐明湍流的普遍性质并开发应用它们的信息约简方法非常重要。为了“验证相干涡模拟（CVS）”的研究目的，我们对三维均匀各向同性阻尼湍流进行了CVS。结果，使用传统思想的CVS以直接数值模拟（DNS）（不进行信息缩减的计算方法）中约30％的网格点数量很好地再现了湍流的统计数据。。此外，新开发的CVS被发现能够很好地再现湍流DNS的高阶统计数据，即使自由度约为DNS的15%。从湍流自适应网格模拟的角度来看，该结果被认为是有用的。此外，作为“阐明湍流小尺度普遍性”研究计划的一部分，我们进行了i）小尺度间歇性的量化并与高斯场的比较，以及ii）能量传输的尺度局域性分析。。在 i) 中，我们新引入了每个湍流尺度的螺旋性，并研究了每个尺度的几何统计。结果发现，虽然湍流具有尺度依赖性，但高斯场却没有。在ii)中，发现在每个尺度上，能量传输的尺度局部性在小惯性区域内是恒定的，并且尺度越小，局部性越高。

项目成果

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Contribution of coherent and incoherent vorticity fields to high Reynolds number homogeneous isotropic turbulence:A wavelet viewpoint

相干和非相干涡度场对高雷诺数均匀各向同性湍流的贡献：小波观点

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
Proc.of the llth EUROMECH European Turbulence Conference, June 25-28, 2007 Porto, Portugal
影响因子：
0
作者：
Yoshimatsu K;Okamoto N;Schneider K;Farge M;Kaneda Y
通讯作者：
Kaneda Y

高レイノルズ数一様等方性乱流における秩序渦:ウェーブレットめ視点から

高雷诺数均匀各向同性湍流中的有序涡流：从小波角度来看