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s ss s ss = ε = = s ss s (3) と表される s の要素における s s = κ = κ, =,, (4) jωε jω s は複素比誘電率に相当する物理量であり ここで PML 媒質定数を次のように定義する すなわち κξ をPML 媒質の等価比誘電率 ξ をPML 媒質の

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今週の内容 後半全体のおさらい ラグランジュの運動方程式の導出 リンク機構のラグランジュの運動方程式 慣性行列 リンク機構のエネルギー保存則 エネルギー パワー 速度 力の関係 外力が作用する場合の運動方程式 粘性 粘性によるエネルギーの消散 慣性 粘性 剛性と微分方程式 拘束条件 ラグランジュの未

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以下 変数の上のドットは時間に関する微分を表わしている (ex. 2 dx d x x, x 2 dt dt ) 付録 E 非線形微分方程式の平衡点の安定性解析 E-1) 非線形方程式の線形近似特に言及してこなかったが これまでは線形微分方程式 ( x や x, x などがすべて 1 次で なおかつ

例 e 指数関数的に減衰する信号を h( a < + a a すると, それらのラプラス変換は, H ( ) { e } e インパルス応答が h( a < ( ただし a >, U( ) { } となるシステムにステップ信号 ( y( のラプラス変換 Y () は, Y ( ) H ( ) X (

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1/10 平成 29 年 3 月 24 日午後 1 時 37 分第 5 章ローレンツ変換と回転 第 5 章ローレンツ変換と回転 Ⅰ. 回転 第 3 章光速度不変の原理とローレンツ変換 では 時間の遅れをローレンツ変換 ct 移動 v相対 v相対 ct - x x - ct = c, x c 2 移動

第 5 章 構造振動学 棒の振動を縦振動, 捩り振動, 曲げ振動に分けて考える. 5.1 棒の縦振動と捩り振動 まっすぐな棒の縦振動の固有振動数 f[ Hz] f = l 2pL である. ただし, L [ 単位 m] は棒の長さ, [ 2 N / m ] 3 r[ 単位 Kg / m ] E r

ଗȨɍɫȮĘർǻ 図 : a)3 次元自由粒子の波数空間におけるエネルギー固有値の分布の様子 b) マクロなサイズの系 L ) における W E) と ΩE) の対応 として与えられる 周期境界条件を満たす波数 kn は kn = πn, L n = 0, ±, ±, 7) となる 長さ L の有限

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(3) E-I 特性の傾きが出力コンダクタンス である 添え字 は utput( 出力 ) を意味する (4) E-BE 特性の傾きが電圧帰還率 r である 添え字 r は rrs( 逆 ) を表す 定数の値は, トランジスタの種類によって異なるばかりでなく, 同一のトランジスタでも,I, E, 周

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If(A) Vx(V) 1 最小 2 乗法で実験式のパラメータが導出できる測定で得られたデータをよく近似する式を実験式という. その利点は (M1) 多量のデータの特徴を一つの式で簡潔に表現できること. また (M2) y = f ( x ) の関係から, 任意の x のときの y が求まるので,

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で通常 0.1mm 程度であるのに対し, 軸受内部の表面の大きさは通常 10mm 程度であり, 大きさのスケールが100 倍程度異なる. 例えば, 本研究で解析対象とした玉軸受について, すべての格子をEHLに用いる等間隔構造格子で作成したとすると, 総格子点数は10,000,000のオーダーとなる

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今後の予定 6/29 パターン形成第 11 回 7/6 データ解析第 12 回 7/13 群れ行動 ( 久保先生 ) 第 13 回 7/17 ( 金 ) 休講 7/20 まとめ第 14 回 7/27 休講?

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Transcription:

オープン CAE 勉強会 @ 関東 数値流体力学 輪講 第 6 回 第 章 : 乱流とそのモデリング (5) [.7. p.76~84] 日時 :04 年 月 日 4:00~ 場所 : 日本 ESI@ 新宿

本日 日程パート部分ページ 04.0 第 章 : 乱流とそのモデリング担当セクション :.7. p.76~84 今回は北風が担当しました ご質問 記述ミス等に関するご指摘がありましたら 以下までご連絡下さい shingo0northwind@gmail.com

混合長モデルの評価 ( 前回の THINK さん資料より ) 産業応用上 重要な剥離を伴うような物体周りや内部の流れ場を混合長モデル (0 方程式 ) で扱うのは難しい! 0 方程式モデルは航空分野以外では ほぼ使われていない Baldwin-Lomax(978, NASA Ames) Cebeci-Smith(967, Doglas Aircraft)

乱流モデルの種類 (-ε モデルで細分化 ) 乱流モデルで解くべき方程式の数 名前 0 混合長モデル Spalart-Allmaras モデル -ε モデル K-ω モデル ( 陽的 ) 代数応力モデル 7 レイノルズ応力モデル 高 Re 数モデル 低 Re 数モデル ~80 年代前半 80 年代後半 ~ 標準 -ε モデル Lander974 RNG -ε モデル Yahot986 realizable -ε Shih995 Jones-Lander Lander-Sharma Lam-Bremhorst 明 - 笠木安陪 - 近藤 - 長野 非線形モデル Re 応力 次項まで Re 応力 次項まで Speziale 西島 - 吉澤 Shih-Lmley F-Lander Craft-Lander-Sga 4

-ε モデルの速度と長さのスケール 大きなスケールの乱れで代表する速度スケール と長さスケール l を定義するために と ε を用いる l 大きな渦 のスケール l を定義するために 小さな渦 の変数 ε を用いることの妥当性には疑問が残る 高 Re 数で流れが急激に変化しない場合 大きな渦が平均流れからエネルギーを取り出す速度はエネルギースペクトルを通過して小さな消散する渦にエネルギーが移動する速度とほぼ一致 上記の疑問は許容できる 5

エネルギースペクトル ( 補足 ) エネルギーカスケード 46 ページ図. より -5/ Hybrid LES/RANS LES 波数 DNS ご指摘により LES の曲線を修正 6

ε それぞれの輸送方程式と各定数 次元解析より渦粘性は右式のように定義できる ( ) t div( U ) t t div [ Cl C 7 grad ] S S t (.45) 変化割合 対流による輸送 拡散による輸送 生成割合 消散割合 ( ) t div( U ) div t [ grad ] 高 Re 数では渦粘性支配的 分子粘性を省略可標準 -εモデル C Lander-Spalding(974) C 0.09.0. C.44 C C S t.9 (.44) S (.47) (.46)

渦粘性近似 ( 前回の THINK さん資料より ) ブシネスク (Bossinesq) は ニュートンの粘性則の類推より レイノルズ応力を次のように表現した i j 渦粘性係数 t U x j i U x i j 乱流運動エネルギー i i これを渦粘性近似 ( 乱流粘性近似 ) と呼ぶ vv ww 渦粘性近似では 渦粘性係数や乱流運動エネルギーの予測が必須 8

( 補足 ) ブジネスクの渦粘性近似の式展開 0/0/ 9 数値流体力学 輪講第 6 回 i i Re 応力の非等方テンソルが歪速度の非等方テンソルに比例すると仮定 R 0 0 0 0 0 0

境界条件 流入条件 : と ε の分布を与える 流出条件 : 0, 0 n n OpenFOAMでの対応ラベル trblentintensitykineticenergyinlet (or fixedvale) trblentmixinglengthdissipationrateinlet zerogradient 自由流れ : 0, n n 固体壁 : Re 数に依存 0 symmetry or slip 高 Re 数モデル 壁関数 qrwallfnctions epsilonwallfnctions 低 Re 数モデル 値を指定 fixedvale or zerogradient 0

壁関数と それが成立するための前提条件 対数則 ln( y ) B ln( Ey ) (.9) P6 より 0<Y p+ <500 である点での平均速度は対数則を満たし 乱流運動エネルギー は生成と消散が等しい これらの仮定と渦粘性の式を用いると 局所の壁せん断応力を平均速度 と ε を関連付ける次式の壁関数を導出 U ln( Ey p ) C y (.49) 壁関数成立の前提条件 (p0 9.4 節壁境界条件より ) 壁に対して垂直方向のみ速度変化 流れ方向に圧力勾配無し 壁で化学反応無し ( 局所平衡の成立?) 4 高 Re 数

低レイノルズ数モデル (Lam-Bremhorst 98) ( ) t ( ) f t t div( U ) div [( ) grad ] t div( U ) div [( ) grad ] t C f [ exp( 0.065 Re y (.5) )] ( 0.5 ) Re t S C t f S C f ts E D S 0.05 f f exp( Ret ) f 壁面近傍の粘性底層 (y + <5) で乱流 Re 応力の代わりに粘性応力を用いることを保証するために壁面 damping 関数が必要 (.5) (.5) (.54) 上式ではD Eの補正項を消去しているが 他の低 Re 数モデル ( 例えばLander- Sharmaモデル ) では D と E を用いて 修正された消散率 ~ を用いている

( 補足 )Kato-Lander の修正モデル 流れの衝突領域で -ε モデルの予測精度は大幅に低下 垂直ひずみが乱れの生産に寄与 渦粘性を過大予測 P v S t S ( S S ) 0.5, ( ) 0.5, S U x j i U x i j, U x j i U x i j 壁面衝突流の乱流運動エネルギー分布の差異 標準 -ε モデル せん断ひずみが卓越 従来と同じ形式の生産項 垂直ひずみが卓越 生産が 0 となり乱れの過大評価を回避 Kato-Lander モデル

乱流モデルに関する TIPS 引用 : 計算力学ハンドブック Ⅱ 熱流体編 p5 通常 乱流モデル提案者は単純な二次元乱流に基づいてモデル構築を行うので 検証計算も十分な格子数で実施している 一方で 応用計算では三次元 複雑な流れ場が一般的なため 格子数の不足や急激な流れ場の変化で不安定になったり 発散する モデルの性質を理解して 正しく使うことが重要 二方程式モデル ( 特に標準 -ε モデル ) は比較的安定に計算できるが これは二方程式モデルで用いられる渦粘性が分子粘性の数百倍から数千倍に達しており 局所的には Re 数が約 桁小さい流れを計算していることに相当するためである 拡散効果が強く 局所的に層流か それに近い流れ場と等価 4

-ε モデルの評価 利点 初期条件や境界条件だけが必要な最も単純なモデル 産業に関連した多くの流れに対して優れた性能をもつ よく確立され 最も広く有効性が確認された乱流モデル 欠点 混合長モデルより計算負荷が大きい ( 本の別の連立方程式 ) 以下のような場合には性能を発揮しない (ⅰ) 内部流れでない流れ 外部流れ or (ⅱ) 外側を大きく歪む流れ ( 曲がった境界層 旋回流れなど ) (ⅲ) 回転する流れ (ⅳ) 非等方的な垂直なレイノルズ応力により駆動する流れ ( 円形でないダクト内の流れ 次流れの予測精度 ) 5

適用事例 80 ベンド管 standard -ε RNG -ε realizable -ε はく離領域に違い -ω SST 6

適用事例 旋回流れ場 V U 7

次回 日程パート部分ページ 04.0 第 章 : 乱流とそのモデリング担当 :.7. レイノルズ応力方程式モデル p.85~90 担当はどなたに? 8