乱流要素渦を考慮したキャビテーションLESモデル開発に関する研究

考虑湍流元涡的空化LES模型开发研究

基本信息

批准号：
09J00399
负责人：
岡林希依
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本プロジェクトでは,キャビテーションを伴う乱流のより高精度な予測に向け,乱流中の微細渦を発生源とするキャビテーションを考慮した非定常解析法を示す.前年度には,キャビテーション乱流のDNSデータベースに,乱流の代表的な非定常解法であるLarge-Eddy Simulation (LES)の格子に相当するスケールのフィルタリングを施し,抽出した計算格子より小さいスケール(subgrid scale ; SGS)の流れにおいて,キャビテーション発生源となる微細渦の圧力分布が,各計算セルの平均圧力とSGS圧力変動から決定されるガウス分布で近似できることを見出している.本年度は,ガウス分布でモデル化したSGS圧力分布を既存のキャビテーションモデルのソース項に採用し,正ESに組み合わせることにより,本プロジェクトの最終目的であるキャビテーションLESモデルの定式化を行った.また,実際にこのモデルを用いたLESによるシミュレーションを行い,モデルを用いないLESと比較した結果,モデルの有無やモデルパラメータの大小によりキャビティの発生量に有意な差が出ることがわかった.本研究は計算格子で解像できない微細渦とキャビテーションモデルによって再現されるキャビテーションの相互作用を考慮するSGSモデルの概念を提示した非定常解析の最初の試みである.その成果は実験が困難な極低温液体を扱うロケットエンジンを始めとする流体機械の設計や事故解析の精度向上に有用であり,広範な流れ解析技術の確立に寄与するものである.

在本项目中，我们将提出一种考虑湍流中微小涡流产生的空化的非定常分析方法，目的是更准确地预测伴随空化的湍流。数据库按照与大涡模拟网格相对应的比例进行过滤。（LES），是一种典型的湍流非定常求解方法，其尺度小于提取的计算网格（亚网格尺度；在SGS的流程中，我们发现作为空化源的细涡流的压力分布可以近似为由每个计算单元的平均压力和SGS压力波动确定的高斯分布。今年，我们将使用高斯分布进行建模获得的 SGS 压力分布。采用它作为空化模型的源项，与正ES相结合，制定了空化LES模型，这就是本项目的最终目的。我们还利用该模型进行了LES仿真，并使用与没有模型的 LES 进行比较的结果发现，根据模型的存在与否以及模型参数的大小，产生的空穴数量存在显着差异。本研究重点关注空穴现象这是由空化模型和无法用计算网格解决的相互作用的微小涡流再现的。这是提出 SGS 模型概念的非定常分析的首次尝试。研究结果将有助于提高事故分析的准确性以及流体机械的设计，例如处理难以进行实验的低温液体的火箭发动机。这将有助于建立广泛的流动分析技术。