チャネル内の詳細な乱流構造の変化を、弊社自社開発 CFD ソルバー「Advance/FrontFlow/red」搭載の Smagorinsky モデルを用いて三次元 LES 解析した例をご紹介します。

チャネル半値幅と摩擦速度を基準としたReynolds数が約320のチャネル乱流を LES 解析しました。

無次元化した格子解像度は(Δx+,Δy+_min,Δz+)＜(12,1,7)となるように格子を作成した、いわゆる Wall-resolved LES となっています。

動画において、等値面は速度勾配テンソルの第二不変量 Q=500000s-2 の等値面を表しており、乱流中に表れる渦構造を可視化したものになっています。格子解像度を十分に確保しているために、渦構造もきれいに表れていることが確認できます。

＊ 計算条件

・流体：水素ー空気混合気（Φ=0.41）

・境界層厚さベースの Reynolds 数：約320

・バルク速度：10 m/s

Advance/FrontFlow/red は開発の設計段階から並列計算のパフォーマンスを最大限に引き出すためのアルゴリズムが検討されました。従って、大規模LESのような計算負荷の高い問題も手軽に解析することができます。

＊ 計算コスト

・Cell 数：2,605,440（Point数：2,834,850）

・計算時間(着火後)：84 h 00 m 00 s（MPI並列数：112）

＊ 参考論文

Endres, A., Sattelmayer, T., “Numerical investigation of pressure influence on the confined turbulent boundary layer flashback process,” Fluids, Vol. 4, Issue 3, 146, 2019.

Kim, J., Moin, P., and Moser, R.,“Turbulence statistics in fully developed channel flow at low Reynolds number,”Journal of Fluid Mechanics, Vol. 177, pp. 133-166, 1987.