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航空宇宙技術研究所 26-28 Mar. 1997 東京 日本, National Aerospace Laboratory 26-28 Mar. 1997 Tokyo Japan, 高分解能(512(exp 3)空間格子点)による崩壊する一様等方性乱流の直接数値シミュレーション(DNS)を、数値風洞を用いて実施した。シミュレーションで得た乱流渦度および温度場の詳細に構成した構造を図形ワークステーションにより可視化した。高渦度は局在微細渦管に集中するが、高温度勾配は局在シート状の層に集中することを見い出した。, Direct Numerical Simulation (DNS) of decaying homogeneous isotropic turbulence with a high resolution (512(exp 3) spatial mesh points) is carried out using the numerical wind tunnel. Fine organized structures of the turbulent vorticity and temperature fields obtained by the simulation are visualized with a graphic work station. It is observed that the intense vorticity concentrates into local fine vortex tubes, but the intense temperature gradient concentrates into local sheet-like layers., 資料番号: AA0001320021, レポート番号: NAL SP-36

26-27 Sep. 1996 (19th), 数値風洞を用いて、減衰一様等方性乱流の高分解能(空間格子点数512(exp 3))直接数値シミュレーション(DNS)を行い、流速、渦度および温度などの発達した種々の乱流場を得た。乱流場の流れ構造を調べるため、渦度および温度場を可視化した。その結果、まず、渦度の強い領域がシート状に渦層として集中し、次に渦層がケルビン・ヘルムホルツの不安定性により巻き上げられ、最後に微細なみみずと称する渦管になる。一方、強い温度勾配は、局所的なシート状層に集中する。, Direct Numerical Simulation (DNS) of decaying homogeneous isotropic turbulence with a high resolution (512(exp 3) spatial mesh points) is carried out using the numerical wind tunnel, and fully developed turbulent fields, such as the velocity, vorticity and temperature, are obtained. To search organized structures in the turbulent fields, the vorticity and temperature fields are visualized. As a result, the intense regions of vorticity concentrate into sheet-like layers at first. Then, the layers are rolled up by the Kelvin-Helmholtz instability, and ultimately, become to fine vortex tubes, which are called worms. On the other hand, the intense temperature gradient concentrates into local sheet-like layers., 資料番号: AA0001127002, レポート番号: NAL SP-35

航空宇宙技術研究所 6-7 JUN. 1996 東京 日本, National Aerospace Laboratory 6-7 JUN. 1996 Tokyo Japan, 減衰等方性乱流の直接数値シミュレーション(DNS)をNALの数値風洞(NWT)を用いて実施した。空間格子点を512(exp 3)点使いDNSによって、十分に発達した乱流とパッシブスカラー場を作った。流れの数値解析と可視化によって、乱流渦度の高い部分が初期段階ではシート状領域に集中すること、次いで、そのシートが巻き上り最終的にwormと呼ばれる管状渦を形成することが明らかになった。その渦管は低渦度領域でも観測できた。温度勾配の大きい部分もシート状領域に集中し、渦度とは対照的にシート状領域は不変のまま維持されることが分かった。, The Direct Numerical Simulation (DNS) of an isotropic turbulence decaying is performed using the NAL Numerical Wind Tunnel (NWT). The fully-developed turbulent flow and the passive scalar field are obtained through the DNS with 512(exp 3) mesh points. The numerical analysis and visualization of the flow reveal that the intense portions of the turbulent vorticity concentrate in the sheet-like regions at the early stage. Then, the sheets roll up and finally form vortex tubes that are called worm. The tubes are also observed in the lower-vorticity regions. Furthermore, the intense portions of temperature gradient concentrate in the sheet-like regions and remain unchanged contrary to those of the vorticity., 資料番号: AA0000685042, レポート番号: NAL SP-34

航空宇宙技術研究所 7-9 Jun. 1995 東京 日本, National Aerospace Laboratory 7-9 Jun. 1995 Tokyo Japan, 数値風洞(NWT)を用いて減衰等方性乱流の直接数値シミュレーション(DNS)を行った。完全に発達した乱流と受動スカラー場、温度が、最高512{3}の空間格子点数を有するDNSにより得られた。流れ解析の結果、乱流渦度の強い部分が渦管領域に集中するが、温度勾配はシート状空間領域を示すことが分かった。渦管領域に密接するほとんどの渦度ベクトルは、歪み速度テンソルの中間固有値に相当する固有ベクトルの方向に1列に並ぶ。これとは反対にシート状領域に密着する温度勾配ベクトルのほとんどは、歪み速度テンソルの負の固有値に相当する固有ベクトルの方向を向く。以上の結果、渦管領域ではBurgerの渦と類似の特性を有すること、一方、温度勾配のシート状領域の形成メカニズムは未解明であることを示した。, Direct Numerical Simulation (DNS) of decaying isotropic turbulence was made using the Numerical Wind Tunnel (NWT). A fully developed turbulent flow and a passive scalar field, temperature, were obtained by the DNS with up to 512(exp 3) mesh points in space. From the analysis of the flow, it is obtained that intense portions of the turbulent vorticity concentrate into worm-like regions, but those of the temperature gradient into sheet-like regions in space. Most vorticity vectors nearby the worm-like regions align into the direction of the eigen vectors corresponding to the intermediate eigenvalue of the strain rate tensor. In contrast with this, most temperature gradient vectors nearby the sheet-like regions align into the direction of the eigen vectors corresponding to the negative eigenvalue of the strain rate tensor. These results show that the worm-like regions have a similar property to Burger's Vortex. On the other hand, the mechanism forming the sheet-like regions of temperature gradient is not yet clear., 資料番号: AA0000294026, レポート番号: NAL SP-30

航空宇宙技術研究所 Sep. 1994 (15th). Mar. 1995 (16th) 東京 日本, National Aerospace Laboratory Sep. 1994 (15th). Mar. 1995 (16th) Tokyo Japan, 下面加熱矩形ダクト内混合対流の線形不安定性を、コロケーション法で数値的に検討した。チェビシェフ多項式で2重拡大法を用いて得られた固有値問題と、それによって発生した一般化固有値問題を数値解析した。進行横ロールはレイノルズ数が、ある臨界値よりも小さい時に、最も不安定な攪乱であることが分かった。一方、縦ロールは、レイノルズ数がこの臨界値以上の場合に、最も危険になる。, The linear stability of mixed convection in a rectangular duct heated from below is investigated numerically by a collocation method. The eigenvalue problem obtained by making use in the double expansion method in Chebyshev polynomials and the resulting generalized eigenvalue problem is solved numerically. It is found that the traveling transverse roll is the most unstable disturbance when the Reynolds number is less than a certain critical value, while the longitudinal roll is most dangerous when the Reynolds number is larger the critical value., 資料番号: AA0000109016, レポート番号: NAL SP-28

航空宇宙技術研究所に導入された並列計算機｢数値風洞(NWT)｣を用いて非圧縮一様等方性乱流の直接数値シミュレーション(DNS)を行った。NWTの128台の要素プロセッサを用いて512{3}の空間格子上でDNSを行うことができる。フーリエ･スペクトル法によりナビエ･ストークス方程式および拡散方程式を解くDNSにより、十分に発達した乱流場の速度および温度を求めた。得られたエネルギースペクトルは、慣性小領域でk{-5/3}べき乗法則の形をとる。確率分布関数は、速度についてはガウス分布であるが、速度勾配については指数関数的である。渦度は空間的に管状の領域に集中するが、温度勾配はシート状領域に集中する。, Direct Numerical Simulation (DNS) of incompressible homogeneous isotropic turbulence is conducted by the use of the Numerical Wind Tunnel (NWT), a parallel computer introduced to NAL (National Aerospace Laboratory) last year. The DNS with 512(exp 3) mesh points in space can be calculated by the NWT with 128 processor elements. The fully developed turbulent fields, velocity and temperature, are obtained by the DNS which used the Fourier spectral method for the calculation of the Navier-Stokes equation and the diffusion equation. The energy spectrum obtained takes the k(exp -5/3) power law in the inertial subrange. The probability distribution function has the Gaussian distribution for the velocity, but exponential functions for the various velocity derivatives. The intense vorticity concentrates into short tube-like regions in space, but the temperature gradient into sheet-like regions., 資料番号: AA0004174027, レポート番号: NAL SP-27

航空宇宙技術研究所に導入された新しい並列計算機「数値風洞」(NWT)を用いて一様等方性乱流の直接数値シミュレーション(DNS)を行った。空間格子数512{3}をもつDNSをNWT上の128の要素プロセッサを用いて行うことができ、その場合の性能は53GFLOPSに達する。ナビエ･ストークス方程式をフーリエスペクトル法で解くDNSにより完全に発達した乱流場の速度および温度を得た。それにより得られたエネルギースペクトルは、その中にk{-5/3}法則の領域をもつ。確率分布関数は、速度についてはガウス分布であるが、速度勾配については指数分布をする。空間における渦度の集中はチューブ状に発生し、温度勾配のそれはシート状である。, Direct Numerical Simulation (DNS) of homogeneous isotropic turbulence is made using the Numerical Wind Tunnel (NWT), a new parallel computer introduced to NAL(National Aerospace Laboratory) last year. The DNS having 512(exp 3) mesh points in space can be conducted by the NWT with 128 processor element, whose performance attains to 53 G Floating-point Operations Per Second (FLOPS) for the DNS. The fully developed turbulent fields, velocity and temperature, are obtained by the DNS which is used the Fourier spectral method for the calculation of the Navier-Stokes equation. The energy spectrum obtained has the k(exp -5/3) power law region in it. The probability distribution functions show the Gaussian distribution for the velocity, but exponential functions for the velocity derivatives. The intense vorticity concentrates into various short tube like regions, but the temperature into sheet like regions in space., 資料番号: AA0004172017, レポート番号: NAL SP-25

本研究の目的は、水平に置かれた等温円柱の上方に平板があるときのそれが円柱のまわりの流れおよび熱伝達に及ぼす影響を明らかにすることである。レイリー数、平板と円柱の距離、平板の温度条件などによってきまる様々な流れのパターンを示した。1つの変量の時系列観測値からリアプノフ指数を計算することにより、非定常流れがカオス的であることを示した。, This study aims at revealing the effect of the upper plate on the flow and heat transfer performance around a horizontal isothermal cylinder. In this paper, various flow patterns depending on Rayleigh number, the distance between the plate and the cylinder, and the temperature condition of the plate are shown. The unsteady flows are shown to be chaotic by calculating a set of Liapunov exponents from the observed time series of a single variable., 資料番号: AA0004172002, レポート番号: NAL SP-25

航空宇宙技術研究所 28-29 Sep. 1992. 25-26 Apr.1993 東京 日本, National Aerospace Laboratory 28-29 Sep. 1992. 25-26 Apr.1993 Tokyo Japan, スペクトル法を用いて、矩形ダクト内の流れにおける層流から乱流への遷移の数値シミュレーションを行った。ダクトの縦横比を1にとったが、この場合線形安定計算では安定であることが示されるのに対し、実験事実はこれに反している。シミュレーションから、流れのレイノルズ数が2750の場合は2次元的な2次流れが発生し、レイノルズ数が3000を越えると3次元乱流となる結果が得られた。, Numerical simulation of laminar turbulent transition in a rectangular duct flow is made using a spectral method. Aspect ratio of the duct is fixed to unity, in which case the flow has been known to be stable from the linear stability calculation and this is in contrary with the experimental observation. It is obtained from the simulation that two-dimensional secondary flow occurs when Reynolds number of the flow is 2750, and three dimensional turbulent flows occur when the Reynolds numbers are greater than 3000., 資料番号: AA0004170002, レポート番号: NAL SP-21

With application to a horizontal chemical vapor deposition apparatus in mind, mixed convection and mass transfer in a horizontal rectangular duct heated from below are numerically investigated. The computer simulation is carried out based on the conditional Fourier spectral method recently developed by the authors. Unsteady flow states occurring at rather high Grashof numbers are highlighted as good conditions for providing the spanwise uniformities of time-averaged temperature distribution and time-averaged Sherwood number distribution on the substrate at the duct bottom.

Numerical simulation of thermal convection in a horizontal rectangular duct flow heated from its bottom and side walls is conducted using a method based on the Fourier spectral method. As a result, it is seen that the convective secondary flow is induced not only by the Rayleigh-Benard convection but by the natural convection near the side walls. When Reynolds numbers are rather larger values, 500 and 220, we have almost stationary longitudinal convective rolls in the flow. On the other hand, when the Reynolds numbers are smaller values, 90 and 50, the rolls fluctuate chaotically in space and time; then the time-averaged secondary flow is almost vanishing and the fluid temperature widely constant in the central part of the flow., 資料番号: NALSP0015011, レポート番号: NAL SP-15

Numerical simulation of thermal convection in a horizontal rectangular duct flow heated from both bottom and sides is carried out using a method based on the Fourier spectral method. It is shown that the convective secondary flow is induced not only by the Rayleigh-Benard instability but by the natural convection near the duct's side walls. As a result, we have almost stationary longitudinai convective rolls in the flow when the Reynolds numbers are rather larger values, 500 and 220. On the other hand, when the Reynolds numbcr is a smaller value, 90, the rolls fluctuate chaotically in space and time; then the time-averaged secondary flow is almost vanishing and the fluid temperature widely constant in the central part of duct., 資料番号: NALSP0014033, レポート番号: NAL SP-14

It is proved that the cross-independence hypothesis by Tatsumi and Yoshimura in homogeneous isotropic turbulence is inconsistent with Kolmogorov's theory of the structure functions of longitudinal velocity increment across distance r in the inertial range of r. Related to this, an unexpected paradox is found in the 1962 Kolmogorov (refined similarity) hypothesis., 資料番号: AA0063608005, レポート番号: JAXA-SP-07-009

Qualities of similarity solution based on 'the cross-Independence hypothesis' in decaying homogeneous isotropic turbulence recently proposed by Tatsumi and Yoshimura are discussed., 資料番号: AA0063156006, レポート番号: JAXA-SP-06-013