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．

将解决此问题，以定量评估流动设备中不确定的湍流对设备性能的影响。近年来，预期具有改进预测准确性的流体模拟是一种以高忠诚度再现现实现象的方法，但即使在基本流动中，实验和结果通常不匹配。此问题旨在阐明流动中包含的干扰的影响，这被认为是造成这种情况的原因之一，使用高保真模拟，甚至可以预测较小的变化。在2022年，将随机的傅立叶模式方法与模拟结合起来，以产生人造湍流，并评估了主流湍流对平板流量中形成的剥离气泡的影响。湍流的长度尺度和湍流强度是作为主流湍流的参数而更改的，并通过将其与风洞实验进行比较来评估统计行为，以查看剥离气泡的重现点因每个参数的变化而变化的变化程度，以及压力分布的程度相应变化。结果，发现当湍流应用于主流而不是湍流的模拟时，可以预测表面压力分布，尤其是发生突然压力恢复的位置，这更接近风洞实验的结果。此外，据显示，不仅增加了湍流强度，而且增加了湍流长度尺度也具有促进湍流过渡的作用，因此，重新调节点也移至前沿。这些结果发表在同行评审的论文中。另外，选择了用于定量评估不确定性的工具，并检查了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