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ガウシアン・フィルタリングされたナビエ・ストークス方程式の数値安定性解析

Numerical stability analysis of the Gaussian filtered Navier-Stokes equations

井田 真人; 谷口 伸行*

Ida, Masato; Taniguchi, Nobuyuki*

ガウシアン・フィルタリングされたナビエ・ストークス方程式の数値的安定性について理論的に議論する。われわれの最近の研究により、不適切に大きなフィルター幅を用いた場合には、平均場に存在する線形のせん断が時間変動成分を数値的に不安定にすることが明らかになった。これはガウシアン・フィルタリングによって数値不安定項が派生されることからくる問題である。本報告では、サブグリッド・スケール応力項の展開式及び任意階空間微係数の安定性解析に基づき、その数値安定性解析を拡張する。本解析手法による理論的結果は、多くの場合に数値不安定項が現れることを示唆している。

The numerical stability of the Gaussian filtered Navier-Stokes equations is studied theoretically. Our recent theoretical results showed that for a large filter width, the linear shears in the time-averaged velocity fields numerically destabilize the fluctuation components because a numerically unstable term is derived by the Gaussian filtering operation. In this report we extend that numerical stability analysis based on an exact expansion series for the subgrid-scale stress terms and a numerical stability analysis of arbitrary-order spatial derivatives. The present investigation shows that numerically unstable terms can appear in many situations.

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