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Advance/FrontFlow/redの専用サイトを開設いたしました。

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バックステップ流れ解析による RANSの基本検証#

概要#

本項ではバックステップまわりの空気の流れの解析を行います。 段落ち点までは平板流れと同様な境界層が発達しますが、段落ち点で境界層は強制的に剥離します。 バックステップ流れに対してはこれまで多くの実験が行われている為、 解析結果をその実験結果と比較して乱流境界層の剥離に対するRANSモデルの再現性を検証することができます。

解析条件#

解析領域を図 1 に示します。上下をWallに挟まれた領域で、左端がInletで右端がOutletですが、左端のInlet下部には3×1の領域で壁になっています。このとき、内部の流れの状況を解析で確認します。

解析領域

図 1. 解析領域#

項目 設定
流体 非圧縮性流体
乱流モデル 標準 k-ε, RNG k-ε, Chen k-ε, SST k-ω モデル
入口速度 発達した速度分布
空気の密度 1.290 kg/m
節点数 11,505
要素数 7,390

解析結果#

図 2 に 横軸：X=1, 4, 8、縦軸 : Y=0 ～ 3 での速度分布と乱流エネルギー分布を示します。速度分布では、Inlet下部の壁により、X=1の断面では0 ≦Y≦1 の領域で速度が遅くなっています。また、Inlet下部の壁の領域があることで剥離が起こり、X=1 で乱流エネルギー分布が高くなっていることがわかります。

解析結果

図 2. 速度分布と乱流エネルギー分布#

乱流モデル 再付着点距離
実験値 6.5
標準 k-εモデル 5.6
RNG k-εモデル 6.2
Chen k-εモデル 6.9
SST k-ωモデル 6.4

(*)参考文献：Kasagi, N. and Matsunaga, A, "Three-dimensional particle-tracking velocimetry measurement of turbulence statistics and energy budget in a backward-facing step flow," International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 16, pp. 477-485, 1995.

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