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DNS of turbulent heat transfer in a channel flow with a high spatial resolution

平行平板間乱流熱伝達の高解像度DNS

小塚 信*; 関 洋治; 河村 洋*

Kozuka, Makoto*; Seki, Yohji; Kawamura, Hiroshi*

高次相関の乱流統計量に対するレイノルズ数及びプラントル数の影響を評価するために、平行平板間乱流熱伝達のDNSを実施した。これにより、温度分散の散逸のエネルギー収支や乱流プラントル数等の高精度な乱流統計量を取得することに成功した。壁面摩擦速度とチャネル半幅で無次元化されたレイノルズ数で180と395において、0.71$$sim$$10.0の広範囲なプラントル数で実施した。温度変動の最小スケールであるバチェラースケールと同程度の空間解像度を用いることにより、高精度な高次乱流統計量を得た。乱流プラントル数の壁面漸近挙動は広範囲なプラントル数に対してレイノルズ数に依存しないことを示した。壁近傍における温度分散の散逸のエネルギー収支において、レイノルズ数にかかわらず、すべての生成項と消滅項の残差は無視できる程度であることを確認した。これは、乱流エネルギーの散逸のエネルギー収支と同様な傾向である。さらに、既存の乱流モデルにおいてア・プリオリテストを実施し、エネルギー輸送方程式のそれぞれの項とその合算値に対し、プラントル数依存性を評価した。

Direct numerical simulations of turbulent heat transfer in a channel flow are performed to investigate the effects of Reynolds and Prandtl numbers on higher-order turbulence statistics such as a turbulent Prandtl number and the budget for the dissipation rate of the temperature variance. The Reynolds numbers based on the friction velocity and the channel half width are $$180$$ and $$395$$, and the molecular Prandtl numbers $$Pr$$'s 0.71-10.0. Careful attention is paid to ensure accuracy of the higher-order statistics through the use of a high spatial resolution comparable to Batchelor length scale. The wall-asymptotic value of the turbulent Prandtl number is mostly independent of Reynolds number for the current range of $$Pr$$'s. The budget for the dissipation rate of the temperature variance has been computed, and the negligible effect of a Reynolds number on the sum of all source and sink terms in near-wall region in the current computational range is found. This result is quite similar to the one in the budget for the dissipation rate of turbulent energy. In addition, a priori test for existing models is also performed to assess the $$Pr$$ dependence on the individual terms and their summations in the budget.

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パーセンタイル:92.84

分野:Thermodynamics

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