Japanese Technical Report

多くの企業が技術論文・技報という形で技術情報を発信されています。これまでにみつけられた各企業のリンクを下記にまとめました。並び順に意図はございません。就職活動中の学生の方も企業選びの際に参考になる情報がたくさんあるのではないかと思います。
たくさんの抜けがあると思います。逐次追加していきます。

My Commitment in 2017

来年は、各地の勉強会に参戦したいと思います。

これまでは SlideShare やこのブログなどインターネットを通じた情報発信に重点を置いてきましたが,来年は読者の皆さまと直接お会いしての情報共有の機会を増やしていきたいと考えています.具体的には,日本全国いろいろな土地に出向いて OpenFOAM についての理論講習やトレーニングを行ってみたいと計画しています.その第1弾のテーマとしては,乱流モデルを取り上げたいと思います.

今夏に開催されたオープンCAE合同勉強会において,岩手大学では OpenFOAM を授業・研究等で活発に活用されていることを伺いました.実際,こちらのブログも岩手青森宮城の方からたくさんご覧頂いております.岩手出身ということもあり,何かお役に立てることがあれば,ぜひご協力させて頂きたいと思います.

加えて、次の2点を公約します。

  • 第31回数値流体力学シンポジウムでOpenFOAMを使用した発表
  • LES研究会に参加

オープンCAEという枠を超えて、本流で勝負できる力をつけたいと思います。

50th OpenCAE Study Meeting@Toyama

富山県立大学の中川先生から Twitter 等でご案内頂いておりますが,来月記念すべき第50回を迎えます オープンCAE勉強会@富山 でお話をさせて頂くことになりました.

ご参加のお申し込みはこちらから

長期間にわたり継続的に開催されてきた勉強会の第50回目という記念すべき回に呼んで頂き大変光栄に思います.また学生の参加者が多いということで,若い方に少しでもためになるお話ができたらと考えています.

皆様にお会いできるのを楽しみにしています!

[追記]
とても雰囲気の良さを感じられる研究室&勉強会でした。第100回目の勉強会では、ぜひ勉強会出身者の方が特別講演をして頂けたら、先生方も感動するような特別な回になるのではないかなと思います。ぜひそうなってほしいと思います。また、懇親会の料理はとても美味しくて、久しぶりに贅沢をさせて頂きました。ごちそうさまでした!中川先生をはじめとする皆様方、大変お世話になりました。ありがとうございました。

次は、来年の3月頃に関東の勉強会に参戦させて頂く予定です。しっかり準備をしてのぞみます。

理論への理解とそれをわかりやすく伝える能力に関しては、大学の先生に負けないくらいに力をつけていきたい。笑われるかもしれないけれど、大真面目です。

Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)

Last Updated: May 11, 2019

Keywords
Boussinesq approximation, closure problem, Reynolds averaging

Reynolds Average

It is computationally expensive to resolve the wide range of time and length scales observed in turbulent flows. We now consider decomposing a flow property \(f\), such as velocity and pressure, into a mean component \(\overline{f}\) and a fluctuating component \(f’\).
\begin{equation}
f(\boldsymbol{x}, t) = \overline{f}(\boldsymbol{x}, t) + f'(\boldsymbol{x}, t), \tag{1} \label{eq:decomposition}
\end{equation}
where \(\boldsymbol{x}\) is the position vector and \(t\) is time.

The Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) turbulence models aim to solve the mean flow \(\overline{f}\) that changes more slowly in time and space than the original variable \(f\). The governing equations of the mean component will be derived later.

There are many averaging operations defined in mathematics but the RANS models use the Reynolds average. It is briefly described in the newly published textbook by Kajishima and Taira [1].

For the discussion in this chapter, let us redefine the averaging operation such that it satisfies
\begin{equation}
\overline{f’} = 0,\;\;\overline{f’ \overline{f}} = 0,\;\;\overline{\overline{f}} = \overline{f}. \tag{7.2} \label{eq:reave}
\end{equation}
These relations in Eq. \eqref{eq:reave} are referred to as the Reynolds-averaging laws. The ensemble average that satisfies these laws is called the Reynolds average. This conceptual averaging operation conveniently removes fluctuating components from the flow field variables without explicitly defining the spatial length scale used in the averaging operation.

The ensemble average that appears in the above definition is defined as (and usually denoted as \(\langle f \rangle\))
\begin{equation}
\langle f \rangle(\boldsymbol{x}, t) \equiv \lim_{N \to \infty}\frac{1}{N}\sum_{i=1}^{N}f_{i}(\boldsymbol{x}, t), \tag{2} \label{eq:ensembleAve}
\end{equation}
where \(f_i\) are the samples of \(f\) and \(N\) is the number of samples. In other words, it is the average of the instantaneous values of the property at a given point in space \(\boldsymbol{x}\) and time \(t\) over a large number of repeated identical experiments. In general, this ensemble average varies with space and time (time-dependent).

For the stationary random processes, we can define the time average \(f_T\):
\begin{equation}
f_{T}(\boldsymbol{x}) \equiv \frac{1}{T} \int_{0}^{T} f(\boldsymbol{x}, t) dt, \tag{3} \label{eq:timeAve}
\end{equation}
where \(T\) is the integration time. In the case of stationary random processes, the time averages equal the ensemble averages as stated in [3]:

if the signal is stationary, the time average defined by equation \eqref{eq:timeAve} is an unbiased estimator of the true average \(\langle f \rangle\). Moreover, the estimator converges to \(\langle f \rangle\) as the time becomes infinite; i.e., for stationary random processes
\begin{equation}
\langle f \rangle(\boldsymbol{x}) = \lim_{T \to \infty} \frac{1}{T} \int_{0}^{T} f(\boldsymbol{x}, t) dt, \tag{8.28} \label{eq:aveRelation}
\end{equation}
Thus the time and ensemble averages are equivalent in the limit as \(T \to \infty\), but only for a stationary random process.

Interested readers might want to search by the keyword ”ergodic hypothesis” on the relation between the ensemble and time averages.

RANS Equations

To Be Updated

Closure Problem – Reynolds Stress

The linear eddy viscosity models (LEVM) assume the linear stress-strain relationship and employ the eddy-viscosity concept (Boussinesq approximation) introduced by Joseph Valentin Boussinesq
\begin{equation}
-\rho\overline{u_i u_j} = \mu_t \left(\frac{\partial \overline{U}_i}{\partial x_j} + \frac{\partial \overline{U}_j}{\partial x_i} \right) -\frac{2}{3}\delta_{ij}\rho k. \tag{4} \label{eq:BoussinesqApprox}
\end{equation}

rans

RANS Models in OpenFOAM

Linear Eddy Viscosity Model (LEVM)

Nonlinear Eddy Viscosity Model (NLEVM)

Reynolds Stress Model (RSM)

Limitations of LEVM
Transition Models
Differential Reynolds Stress model
  • SSG/LRR-\(\omega\)
  • JH-\(\omega^h\)
References

[1] T. Kajishima and K. Taira, Computational Fluid Dynamics: Incompressible Turbulent Flows. Springer, 2016.
[2] H. K. Versteeg and W. Malalasekera, An introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method. Person Prentice Hall, 1995.
[3] W. K. George, Lectures in Turbulence for the 21st Century.