異方性k-ε2方程式乱流モデルの開発

概要

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乱流解析では、等方性乱流が航空宇宙や海洋或いは流体機械等の多くの流れに適用されているが大気圏や海洋のように水平、垂直方向で流れの領域の広がりが圧倒的に違う場では、乱流の強さが各方向で大きく異なる。この場合非等方な乱れが生じ、標準k-εモデルでは正しく現象を表現できない。本研究ではk-ε2方程式モデルでの非等方性に視点を置いて、速度歪み方向と渦粘性係数の方向とが一致することから,これを発展させて、先ず乱流エネルギー、同消散率及び渦粘性係数に方向性を設定してそれぞれの方向の輸送方程式を組み立てた。次に上記の3諸元を一種のベクトルとして新たに定義し、それぞれの方向の乱流強さを求める乱流計算モデルを構築した。本プロセスを3次元座標系について組み立て、海洋循環流を適用例として数値解析を実施し、等方性モデルとの比較検討を行った。なお航空宇宙分野ではk-ε2方程式乱流モデルは、k-ωおよびk-ωSSTモデルと共に圧縮性および非圧縮性流体の乱流解析の主流をなすもので、それぞれの特徴を活かした適用がなされており重要な研究テーマの一つである。
崇城大学の論文