主流乱れの不確実性が流体機器性能に与える影響の定量評価

主流湍流不确定性对流体设备性能影响的定量评估

• 批准号: 22K04536
• 负责人: 浅田 健吾
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04536/
• 关键词: 一様流乱流; 高忠実度シミュレーション; 不確実性定量評価; ラージエディシミュレーション

本課題では，流体機器に流入する不確定な乱れが機器性能に及ぼす影響を定量的に評価することに取り組む．近年，予測精度の向上した流体シミュレーションは実世界の現象を高い忠実度で再現する手法として期待されているが，基礎的な流れであっても実験と結果が一致しないことが多い．本課題ではこの原因の一つとして考えられる流れに含まれる乱れの影響を，微小な変動も予測可能な高忠実度シミュレーションを用いて明らかにする．令和4年度は人工的に乱れを生成するためにランダムフーリエモード法をシミュレーションと組み合わせ，平板流れに形成される剥離泡への主流乱れの影響を評価した．主流乱れのパラメータとして乱流の長さスケールと乱流強度を変化させ，それぞれのパラメータの変化によって剥離泡の再付着点がどれだけ変化するか，それに伴い圧力分布がどれだけ変化するか風洞実験と比較しながら統計的な振る舞いを評価した．その結果，乱れなしのシミュレーションよりも主流に乱れを加えた場合のほうが風洞実験結果に近い表面圧力分布，特に急な圧力回復が起こる位置を予測できることがわかった．さらに乱れ強度の増加だけでなく，乱れの長さスケールの増加も乱流遷移を促進する効果をもち，その結果として再付着点も前縁側に移動することなどが明らかになった．これらの成果を査読付き論文にまとめて出版を行った．また，不確実性の定量評価を行うためのツールの選定を行い，シミュレーションコードとのカップリングを行う方法の検討を行った．

在本项目中，我们将致力于定量评估流入流体设备的不确定湍流对设备性能的影响。近年来，预测精度提高的流体模拟有望成为一种高保真度再现现实世界现象的方法，但即使对于基本流动，结果也常常与实验不符。在这个项目中，我们将使用可以预测微小波动的高保真模拟来阐明流动中的湍流的影响，这被认为是原因之一。 2020财年，我们将随机傅里叶模态方法与模拟相结合，人工产生湍流，评估主流湍流对平板流中形成的分离气泡的影响。进行了风洞实验，其中改变湍流的长度尺度和湍流强度作为主流湍流的参数，并且随着各参数的变化，分离气泡的再附着点变化了多少，压力变化了多少我们通过与 进行比较来评估统计行为。结果发现，与没有湍流的模拟相比，在主流中添加湍流可以预测更接近风洞实验结果的表面压力分布，特别是发生压力突然恢复的位置。此外，表明不仅湍流强度的增加，而且湍流长度尺度的增加也具有促进湍流转变的效果，因此，再附着点也向前缘移动。这些结果被汇编成同行评审的论文并发表。我们还选择了一种定量评估不确定性的工具，并考虑了一种将其与仿真代码耦合的方法。

项目成果

Freestream Turbulence Effects in Large-Eddy Simulations of Laminar Separation Bubble

层流分离气泡大涡模拟中的自由流湍流效应

• DOI: 10.2514/1.c037058
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Aircraft
• 影响因子: 2.2
• 作者: Kawai Shigetaka;Asada Kengo;Oyama Akira
• 通讯作者: Oyama Akira