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圧縮性境界層における層流―乱流遷移後期過程の非線形渦動力学の解明

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2017年4月~2018年3月)

報告書番号: R17JACA13

利用分野: JSS2大学共同利用

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  • 責任者: 松浦一雄 愛媛大学大学院理工学研究科生産環境工学専攻
  • 問い合せ先: 松浦一雄 matsuura.kazuo.mm@ehime-u.ac.jp
  • メンバ: 松浦一雄

事業概要

音速の5倍以上の速さを有する極超音速流れが物体回りに形成する粘性境界層流れにおける層流から乱流への遷移過程は,我々が普段経験する低速流れの遷移と比較して,境界層の内部で音速より遅い領域と音速以上の領域が混在するなど密度変動や温度変動といった複雑因子が多く,それらの相互作用も多彩となるため,その渦動力学に関する詳細解明の発展が期待されている. 本研究では,極超音速流れで見られる圧縮性境界層における層流―乱流遷移の直接シミュレーションを実施し,後期過程における非線形渦動力学を解明することが目的である. 同時に,後期過程を担う渦を直接的に誘起する方法論の開発およびその数値計算法の開発を行っている.

参照URL

なし

JSS2利用の理由

極超音速流れにおける境界層遷移は,風洞自体による擾乱環境が存在し実験計測が困難であるため遷移現象の解明のためには数値シミュレーションが中心的な研究手段となる. 一方で,境界層遷移は擾乱に敏感であり,また極超音速流れの強い圧縮性によって遷移が起こりにくくなるため,高精度な大規模計算を短期間で可能にする最新鋭のスパコンが研究のフロンティアを牽引する役割を担っている.

今年度の成果

境界層中に置かれた突起の下流に形成される渦構造および遷移境界層中に生じる2次的ヘアピン渦構造に関して新たな知見を得た.

ヘアピン渦の変形と分化を促す不安定性に関して,特に足の部分に着目し,旋回強度と形成される速度せん断層の線形不安定性を調べた.

また,完全非線形擾乱方程式を導出し,直接シミュレーションと合わせて解析することにより,線形・非線形要因を包括して不安定性を調べることが出来た.

成果の公表

■ 査読付論文

1) K. Matsuura, “DNS Study on the Effect of Free-Stream Turbulence on Hairpin-Vortex Evolution,” Proc. of the 44th National Conference on Fluid Mechanics and Fluid Power, Dec. 14-16, 2017, Amrita University, Amritapuri Campus, Kollam, Kerala, India, pp. 1-4 (2017).

2)K. Matsuura, K. Matsui, N. Tani, “Effects of Free-Stream Turbulence on the Global Pressure Fluctuation of Compressible Transitional Flows in a Low-Pressure Turbine Cascade,” International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, pp. 1-13 (2017) (accepted).

3)K. Matsuura, K. Matsui, N. Tani, T. Goto, “Compressible Transitional Boundary Layers Subjected to Rotor-Stator Interaction in a Low-Pressure Turbine,” 53rd 3AF International Conference on Applied Aerodynamics, 26-28 March 2018, Salon de Provence, France, pp. 1-7 (2018).

JSS2利用状況

計算情報

  • プロセス並列手法: MPI
  • スレッド並列手法: 自動並列
  • プロセス並列数: 16 – 64
  • 1ケースあたりの経過時間: 168.00 時間

利用量

 

総資源に占める利用割合※1(%): 0.05

 

内訳

JSS2のシステム構成や主要な仕様は、JSS2のシステム構成をご覧下さい。

計算資源
計算システム名 コア時間(コア・h) 資源の利用割合※2(%)
SORA-MA 448,337.82 0.06
SORA-PP 0.00 0.00
SORA-LM 0.00 0.00
SORA-TPP 0.00 0.00

 

ファイルシステム資源
ファイルシステム名 ストレージ割当量(GiB) 資源の利用割合※2(%)
/home 009.54 0.01
/data 095.37 0.00
/ltmp 1,953.13 0.15

 

アーカイバ資源
アーカイバシステム名 利用量(TiB) 資源の利用割合※2(%)
J-SPACE 0.00 0.00

※1 総資源に占める利用割合:3つの資源(計算, ファイルシステム, アーカイバ)の利用割合の加重平均.

※2 資源の利用割合:対象資源一年間の総利用量に対する利用割合.

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2017年4月~2018年3月)