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Characterization of anisotropic fluid turbulence including solidification structure and development of prediction method

Research Project

Project/Area Number 17K06149
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionUniversity of Fukui

Principal Investigator

Ohta Takashi  福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (10273583)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords乱流 / 液体金属 / 凝固 / 溶融 / 非ニュートン粘性流体 / 直接数値シミュレーション / データベース / 固液混相流 / モデル化 / 数値シミュレーション / 流体工学
Outline of Final Research Achievements

Direct numerical simulations of the turbulent flow of liquid along a solid wall with phase change between liquid and solid was realized by combining the phase-field model. From the simulation, solidification structures such as dendrite were growing from the wall surface toward the flow field. These solidification structures started growing non-uniformly depending on the local flow patterns and temperature distribution formed by turbulence structures close to the wall surface. Then, owing to the growth of the solidification structures, the turbulence structures such as velocity streaks and quasi-streamwise vortices started to disappear, making the turbulent flow tend to be laminar. In particular, it was found that the local interaction between turbulence structures and solidification structures promoted the laminarization of turbulent flow.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で実現した直接数値シミュレーションの結果より、凝固組織の空間的分布の特徴が乱流組織構造に起因していることがわかった。凝固組織の存在により、固体内部に発生する残留応力が形成されることになる場合には、材料力学的な欠陥の予測が、流体力学の乱流の知見によって予測されることになる。本研究の成果は、乱流研究の応用範囲を拡大して、機械工学分野の横断的協調によるに、社会安全性向上に貢献することになる。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Presentation] フェーズフィールド法による過冷却凝固する液体乱流における凝固組織構造の観察2020

    • Author(s)
      田中 大誠,太田 貴士
    • Organizer
      日本機械学会 北陸信越支部 第57講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Investigation of Temporal Variations of Turbulence in Viscoelastic Fluid by DNS2019

    • Author(s)
      Akihiro Hayashi and Takashi Ohta
    • Organizer
      2019 International Symposium on Advanced Mechanical and Power Engineering
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Direct Numerical Simulation of Wall Turbulence of Liquid Solidifying on Wall Surface2019

    • Author(s)
      Takashi Ohta, Takafumi Ichiyanagi and Taisei Tanaka
    • Organizer
      The Second Pacific Rim Thermal Engineering Conference 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 液体乱流のDNSにおける凝固組織構造と乱流変調の予測2019

    • Author(s)
      太田 貴士,一柳 隆史,田中 大誠
    • Organizer
      日本流体力学会 年会 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 粗面乱流境界層のための空間スケーリングおよびそれに基づくLES解析法の提案2019

    • Author(s)
      中辻 佳祐,太田 貴士
    • Organizer
      流体工学シンポジウム(第64回北陸流体工学研究会)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 乱流境界層における音源構造の流れ条件への依存性2019

    • Author(s)
      佐竹駿弥,太田貴士
    • Organizer
      日本機械学会 北陸信越支部 第56講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 粘弾性流体乱流における乱流構造の時間的特徴2019

    • Author(s)
      林晃弘,太田貴士
    • Organizer
      日本機械学会 北陸信越支部 第56講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 水素予混合燃焼を伴う壁乱流DNSによる渦構造変調の観察2018

    • Author(s)
      大西祐太,太田貴士
    • Organizer
      日本流体力学会 年会2018
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 粗面乱流境界層における乱流構造の観察とその予測2018

    • Author(s)
      中辻佳祐,太田貴士
    • Organizer
      日本機械学会 2018年度年次大会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] クエット乱流における渦構造とキャビテーションの相互作用の観察2018

    • Author(s)
      大坂文哉,太田貴士
    • Organizer
      第32回数値流体力学シンポジウム
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 乱流境界層における凝固しつつある液体流れのDNS2018

    • Author(s)
      一柳隆史,太田貴士
    • Organizer
      流体工学シンポジウム
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] DNS による乱流境界層から壁面への力学的影響の予測2018

    • Author(s)
      片桐佑麻,太田貴士
    • Organizer
      日本機械学会 北陸信越支部 第 55講演会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] DNS による粗面乱流境界層の予測と観察方法の提案2018

    • Author(s)
      中辻佳祐,太田貴士
    • Organizer
      日本機械学会 北陸信越支部 第 55講演会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] Modification of the Spatial Scaling for Turbulent Flow of Viscoelastic Fluids2017

    • Author(s)
      Takashi Ohta, Daiki Eguchi
    • Organizer
      The Ninth JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 溶融,凝固する壁面乱流境界層の予測2017

    • Author(s)
      楠神 裕貴,太田 貴士
    • Organizer
      日本機械学会 2017年度年次大会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 壁乱流中を浮遊する高粘度流体塊の観察2017

    • Author(s)
      一柳隆史,太田貴士
    • Organizer
      第31回数値流体力学シンポジウム
    • Related Report
      2017 Research-status Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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