低Re数円形自由噴流の直接数値計算と実測値による検証 Direct Numerical Simulation and Experimental Verification for Low Reynolds Number Circular Free Jet

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著者

    • 湯 晋一 YUU Shinichi
    • 九州工業大学工学部設計生産工学科 Department of Mechanical Engineering, Kyushu Institute of Technology

抄録

Navier-Stokes式の慣性項に5次の風上差分法, 速度の時間前進計算に2次のRunge-Kutta法を用いて, 円形ノズルから噴出する<I>Re</I>=1,200の空気自由噴流について, 初期領域から乱流発達領域を含んだ流れ場の直接数値計算を行った.計算領域はノズル出口から乱流発達領域までである.計算セルの大きさは乱流発達領域におけるKolmogorovのミクロスケール以下に抑えており, 乱流中に存在する微細渦までを再現できていると考えられる.計算結果と実験結果は種々の乱流統計量について比較された.主な乱流統計量は計算結果と実測結果がほぼ一致し, 高<I>Re</I>数噴流と低<I>Re</I>数噴流の乱流統計量分布の違いを明らかにすることができた.また, エネルギースペクトル分布についても計算結果と実験結果は高周波部分までよく一致し, 計算結果の正当性を示すことができた.計算結果の等渦度線表示では, 低<I>Re</I>数噴流に顕著に見られる放射状かつ局所的に突出する渦を再現することができた.本研究により, 直接数値計算は大規模渦から微小渦までを含む複雑な流れ場を形成する低<I>Re</I>数噴流をよく表現できることを示した.

In the simulation studied in this paper, the fifth-order upwind finite difference scheme and second-order Runge-Kutta method are used for the convective terms and the time developing term, respectively, in Navier-Stokes equations to simulate directly free air jet flow. The Reynolds number is 1200 and the calculated flow field ranges from the nozzle exit to the developed turbulent region. Since the computational cell size is smaller than Kolmogorov microscale in the developed region, calculated results can represent motions including micro-scale eddies. Calculated turbulent characteristics are compared with experimental results. Calculated results are in fairly good agreement with experimental data. The results show differences between high and low Reynolds number free jets. The calculated power spectra express experimental results, including high frequency spectra, well. Our computational visualizations show the unique phenomena of a low Reynolds number free jet, such as radial projecting eddies. It is concluded that the direct numerical simulation describes large-scale to microscale eddies in a low Reynolds number free jet, well.

収録刊行物

  • 化学工学論文集  

    化学工学論文集 23(6), 870-877, 1997-11-20 

    The Society of Chemical Engineers, Japan

参考文献:  10件

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被引用文献:  1件

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各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    10002768420
  • NII書誌ID(NCID)
    AN00037234
  • 本文言語コード
    JPN
  • 資料種別
    ART
  • ISSN
    0386216X
  • NDL 記事登録ID
    4334860
  • NDL 雑誌分類
    ZP5(科学技術--化学・化学工業--化学工学)
  • NDL 請求記号
    Z17-725
  • データ提供元
    CJP書誌  CJP引用  NDL  J-STAGE 
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