気液混相乱流・熱物質移動の統一的直接数値計算手法の開発

气液多相湍流与热传质统一直接数值计算方法的发展

基本信息

批准号：
17760161
负责人：
山本義暢
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760161/
关键词：
数値流体力学混相乱流直接数値計算乱流熱物質移動

项目摘要

本年度は,せん断乱流場の最も基本的な流動場であるチャンネル乱流を対象とした解析を実行した.計算機負荷低減のためミニマム流を対象とした十分に発達した気泡乱流場(乱流レイノルズ数150の液相乱流場中に,気泡径約1mmの気泡を4個混入)を初期条件とし乱流粘性時間で約500程度の時間積分を行った。得られたDNSデータベースを用いた解析の結果、気泡周りの運動量においては、気泡周りの面積分を行う際にガウスの定理を用い体積積分に置き換えて評価した場合、誤差が大きいことが判明した.従って気泡界面の法線ベクトルを求め面積分を行う手法が適切であることが分かった。また気泡に働く総力を算出するために気泡の加速度を算出することにより精度よく評価できることが分かった.さらに気液混相乱流場の大規模直接数値計算手法へ拡張することを目的とし、層状性気液混相乱流場及び気泡群を対象とした流動場に対しベクトルチューニングを施し、地球シミュレータ上で性能評価を行った結果、気泡80個程度含んだ大規模計算(31ノード(×8CPU)においてベクトル化率98%以上、並列化率99%以上の高速演算が可能となった。また層状性気液混相乱流場においても17ノード(x8CPU)において同様の性能がえられることを確認した。以上により、当初の目的である層状性・分散性気液混相乱流場の統一的大規模直接数値計算手法を確立することができた.

今年，我们针对剪切湍流最基本的流场——通道湍流进行了分析。为了减轻计算机负载，我们使用初始条件分析了以最小流量为目标的完全展开的气泡湍流场（湍流）。在雷诺数为150的液相湍流流场中，对直径约1mm的4个气泡进行约500个湍流粘度次的时间积分。使用所获得的DNS数据库进行分析的结果发现，当使用高斯定理对气泡周围进行面积积分并且将其替换为体积积分时，气泡周围的动量的误差较大。计算气泡界面法向量并进行面积积分的方法是合适的。我们还发现，通过计算气泡的加速度可以准确地评估作用在气泡上的总力。此外，我们的目标是将该方法扩展到气液多相湍流流场的大规模直接数值计算方法。将矢量调谐应用于气液多相湍流流场和针对气泡群的流场，并在地球模拟器上评估其性能。仿真计算（31个节点（x8 CPU））可实现高速计算，矢量化率超过98%，并行化率超过99%。此外，在分层气液多相湍流流场中，可以进行高速计算。 - 17个节点（x8 CPU）上的速度计算由此，我们能够建立统一的分层和分散气液多相湍流场的大规模直接数值计算方法。