Fine structure of directly simulated homogeneous turbulence

Homogeneous isentropic turbulence is an idealized turbulent flow expected to appear in a flow being far from the solid boundary. A numerical simulation of decaying isotropic turbulence with a high resolution equal to 512 x 512 x 512 spatial mesh points was performed by using the Numerical Wind Tunnel, a parallel computer system, at National Aerospace Laboratory. The energy spectrum of the turbulence was served as a fundamental quantity, describing an important scaling characteristic of exited turbulent fluctuations. The simulation was started from an initial turbulent velocity, generated randomly from an assigned initial energy spectrum. The computation was done until the normalized time of 20, when the total magnitude of the turbulence energy decayed to some 15 percent of the given value at the initial time. As a result, the special fine structures, obtained by the simulation, have revealed that the intense regions of the turbulent velocity are concentrated into local fine vortex tubes, so called worms.
同次等方性乱れは、一種の理想化乱れであり、物体表面からの遠方流中に発生するものと見なすことができる。ここでは、このような乱れの崩壊過程の数値シミュレーションを実施した。計算は、高分解度を期待して、空間格子点を512の3乗にとり、航空宇宙技術研究所の数値風洞を使用した。計算方法は、初期擾乱を与える方法を採用したので、励起乱れの発達過程のスケール特性を記述できる乱れエネルギースペクトル方程式に準拠した。計算時間は、無次元時間20まで、また、乱れエネルギーが初期値の15%まで崩壊したとき打ち切った。結果は、乱れ渦度の空間的微細構造が、いわゆる線虫形構造と呼ばれる微細渦管となって集中的に局在する様子を描き出している。