移動壁面を有する密閉容器内流れの渦法解析

摘要

渦法は流体運動の解析手法の一つで，渦度を持つ流れ場を多数の渦要素によって離散化し，渦度方程式とBiot-Savart則によって渦要素の時間変化をラグランジュ的に追跡する手法である．渦法は物体表面にのみ壁面要素が必要であり流れ場に格子を生成する必要がないので，有限差分法などのオイラー的な流体解析手法に比べて複雑な境界形状の流れ場の計算が比較的容易であるという特徴がある．しかし渦法はDNSやLESなどの手法に比べて要素数依存性が高く，結果として精度が劣るという欠点[1]がある．よって渦法をさまざまな流れ場に適用し，渦法の精度について系統的な分析が必要である．そこで本研究は過去に数多く取り上げられている三次元キャビティ流れを渦法を用いて解析し，正しく計算できるか検証する．キャビティ流れは内部流であり移動する壁面に引き摺られて流体が運動するという特徴以外にも，流入流出が無い簡便な境界条件，レイノルズ数が増加しても計算領域が一定であるにも関わらず複雑な三次元の流れパターンが確認できるなどの利点[2]がある．本研究では等間隔の壁面要素と不等間隔で数密度が変化する壁面要素を比較することで，壁面要素の数密度変化が渦法の精度に与える影響について検証する．