Effects of wall blocking and thermal stratification on turbulence structure and scalar transfer in a turbulent boundary layer

• Project/Area Number: 18686015
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Fluid engineering
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: NAGATA Kouji Nagoya University, 大学院・工学研究科, 准教授 (50274501)
• Research Collaborator: SUZUKI Hiroki 名古屋大学, 大学院・工学研究科・博士後期課程
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥30,420,000 (Direct Cost: ¥23,400,000、Indirect Cost: ¥7,020,000); Fiscal Year 2008: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2007: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000); Fiscal Year 2006: ¥16,510,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥3,810,000)
• Keywords: 環境流体力学 / 乱流輸送現象 / 乱流境界層 / 温度成層 / 壁面ブロック効果 / スカラ輸送 / 浮力 / 渦 / 三次元直接数値計算 / 風洞実験

Research Abstract

乱流境界層の外部に存在する乱れが壁面近傍の乱流構造と熱輸送に及ぼす影響について, 風洞を用いた室内実験と三次元直接数値計算(DNS)により明らかにした. 実験とDNSの結果, 境界層外に存在する格子乱流によって, 境界層内の速度変動とレイノルズ応力が著しく減少することがわかった. 壁面からの熱輸送を伴う実験では, 境界層外乱れによって境界層内の温度変動と鉛直方向熱フラックスも減少することが明らかとなった.

Research Products

• [Journal Article] フラクタル格子により生成されるマルチスケール誘起乱流の構造とスカラー拡散機構第1報, DNSによるフラクタル基本形状の影響に関する検討 (2009)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 早瀬敏幸, 久保貴
  • Journal Title: 日本機械学会論文集(B編) 75巻755号(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DNS of Passive Scalar Field with Mean Gradient in Fractal-Generated Turbulence (2009)
  • Author(s): H. Suzuki, K. Nagata, Y. Sakai, T. Hayase and T. Kubo
  • Journal Title: Proc. of the 6th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 有限差分法を用いた平行平板間乱流DNSの精度向上について(粘性項へのCompact Schemeの導入による散逸領域の高解像度化の試み) (2009)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 早瀬敏幸, 久保貴
  • Journal Title: 日本機械学会論文集(B編) 75巻752号 Pages: 642-649
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experimental Study on Relationships between Large-scale Coherent Motions and Bursting Events in a Turbulent Boundary Layer (2009)
  • Author(s): Y. Sakai, K. Nagata, H. Yokoi, T. Kubo and H. Shimogata
  • Journal Title: Journal of Fluid Science and Technology Vol.4, No.1 Pages: 37-46
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 壁面ブロッキング効果により発生するコーナー近傍での二次流れ (2009)
  • Author(s): 長田孝二, 酒井康彦, 田川眞司, 濱松岳, 久保貴
  • Journal Title: 日本機械学会論文集(B編) 75巻749号 Pages: 40-47
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 有限差分法を用いた平行平板間乱流DNSの精度向上について(粘性項へのCompact Schemeの導入による散逸領域の高解像度化の試み) (2009)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 早瀬敏幸, 久保貴
  • Journal Title: 日本機械学会論文集(B編) (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experimental Study on Relationships between Large-scale Coherent Motions and Bursting Events in a Turbulent Boundary Layer (2009)
  • Author(s): Y. Sakai, K. Nagata, H. Yokoi, T. Kubo and H. Shimogata
  • Journal Title: Journal of Fluid Science and Technology 4(1) Pages: 37-46
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct Numerical Simulation of Turbulence Characteristics Generated by Fractal Grids (2008)
  • Author(s): K. Nagata, H. Suzuki, Y. Sakai, T. Hayase and T. Kubo
  • Journal Title: International Review of Physics Vol.2, No.6 Pages: 400-409
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct Numerical Simulation of Turbulent Mixing in Grid-generated Turbulence (2008)
  • Author(s): K. Nagata, H. Suzuki, Y. Sakai, T. Hayase and T. Kubo
  • Journal Title: Physica Scripta T132
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DNS of Spatially Developing Fractal-Generated Turbulence (2008)
  • Author(s): H. Suzuki, K. Nagata, Y. Sakai, T. Hayase and T. Kubo
  • Journal Title: Proc. of the 7th JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference (CD-ROM)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Molecular Diffusivities on Countergradient Scalar Transfer in a Strong Stable Stratified Flow (Study on the Linear and Nonlinear Processes by using RDT) (2008)
  • Author(s): K. Nagata, T. Sato, S. Komori
  • Journal Title: Journal of Fluid Science and Technology Vol.3, No.2 Pages: 232-240
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 乱流境界層に及ぼす境界層外乱れの影響(第1報, 等温の乱流境界層に及ぼす格子乱流の影響) (2008)
  • Author(s): 長田孝二, 伊藤陽人, 酒井康彦, 小森悟
  • Journal Title: 日本機械学会論文集(B編) 74巻737号 Pages: 58-65
  • NAID: 110006571252
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Secondary Flow near an Undulatory Surface Induced by Wall Blocking Effect (2008)
  • Author(s): K. Nagata, P.A. Davidson and H. Wong
  • Journal Title: Journal of Fluid Science and Technology Vol.2, No.2 Pages: 410-416
  • NAID: 130000077170
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct Numerical Simulation of Turbulence Characteristics Generated by Fractal Grids (2008)
  • Author(s): K. Nagata, H. Suzuki, Y. Sakai, T. Hayase and T. Kubo
  • Journal Title: International Review of Physics 2(6) Pages: 400-409
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct Numerical Simulation of Turbulent Mixing in Grid-generated Turbulence (2008)
  • Author(s): K. Nagata, H. Suzuki, Y. Sakai, T. Hayase and T. Kubo
  • Journal Title: Physica Scripta T132, NO.014054
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DNS of Spatially Developing Fractal-Generated Turbulence (2008)
  • Author(s): H. Suzuki, K. Nagata, Y. Sakai, T. Hayase and T. Kubo
  • Journal Title: Proc. of the 7 th JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference (CD-ROM)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Molecular Diffusivities on Countergradient Scalar Transfer in a Strong Stable Stratified Flow (Study on the Linear and Nonlinear Processes by using RDT) (2008)
  • Author(s): K. Nagata, T, Sato and S. Komori
  • Journal Title: Journal of Fluid Science and Technology (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 乱流境界層に及ぼす境界層外乱れの影響(第1報、等温の乱流境界層に及ぼす格子乱流の影響) (2008)
  • Author(s): 長田孝二, 伊藤陽人, 酒井康彦, 小森 悟
  • Journal Title: 日本機械学会論文集(B編) 74巻737号 Pages: 58-65
  • NAID: 110006571252
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Secondary Flow near an Undulatory Surface Induced by Wall Blocking Effect (2008)
  • Author(s): K. Nagata, P. A. Davidson and H. Wong
  • Journal Title: Journal of Fluid Science and Technology 2巻2号 Pages: 410-416
  • NAID: 130000077170
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct Numerical Simulation of Turbulent Boundary Layer Downstream of Turbulence-Generating Grid (2007)
  • Author(s): H. Suzuki, K. Nagata, Y. Sakai, T. Hayase and T. Kubo
  • Journal Title: Proc. of the 5th Joint ASME/JSME Fluids Engineering Conference (CD-ROM)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct Numerical Simulation of the Convective Boundary Layer with External Grid Turbulence (2007)
  • Author(s): H. Suzuki, K. Nagata, Y. Sakai, T. Hayase and T. Kubo
  • Journal Title: Proc. of the 18th International Symposium on Transport Phenomena Pages: 1957-1961
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Velocity and Passive Scalar Cross Spectra in Stably and Unstably Stratified Grid Turbulence (2007)
  • Author(s): K. Nagata, Y. Sakai, S. Komori, T. Kubo
  • Journal Title: Journal of Fluid Science and Technology Vol.2, No.1 Pages: 109-119
  • NAID: 130000077101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 乱流境界層に及ぼす境界層外乱れの影響(第2報, 対流境界層に及ぼす格子乱流の影響) (2007)
  • Author(s): 長田孝二, 伊藤陽人, 酒井康彦, 小森悟
  • Journal Title: 日本機械学会論文集(B編) 73巻728号 Pages: 1021-1028
  • NAID: 110006250950
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 乱流境界層における大規模渦構造とバースト現象の関連性に関する実験的研究 (2007)
  • Author(s): 酒井康彦, 下形英之, 長田孝二, 久保貴,横井宏尚
  • Journal Title: 日本機械学会論文集(B編) 73巻727号 Pages: 655-662
  • NAID: 110006271347
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Momentum and Heat Transfer in Turbulent Boundary Layers with External Grid Turbulence (2007)
  • Author(s): K. Nagata, Y. Sakai, S. Komori
  • Journal Title: Advances in Turbulence (Proc. of 11th European Turbulence Conference) Vol.11 Pages: 444-446
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct Numerical Simulation of Surface Blocking Effects on Isotropic and Axisymmetric Turbulence, (2007)
  • Author(s): K. Nagata, P.A. Davidson, J.C.R. Hunt, Y. Sakai, S. Komori
  • Journal Title: Proc. of 5th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena Vol.1 Pages: 131-135
• [Journal Article] Direct Numerical Simulation of Turbulent Boundary Layer Downstream of Turbulence-Generating Grid (2007)
  • Author(s): H. Suzuki, K. Nagata, Y. Sakai, T. Hayase and T. Kubo
  • Journal Title: Proc. of the 5th Joint ASME/JSME Fluids Engineering Conference
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Velocity and Passive Scalar Cross Spectra in Stably and Unstably Stratified Grid Turbulence (2007)
  • Author(s): Kouji Nagata, Yasuhiko Sakai, Satoru Komori, Takashi Kubo
  • Journal Title: Journal of Fluid Science and Technology Vol.2,No.1 Pages: 109-119
  • NAID: 130000077101
• [Journal Article] 乱流境界層における大規模渦構造とバースト現象の関連性に関する実験的研究 (2007)
  • Author(s): 酒井康彦, 下形英之, 長田孝二, 久保 貴, 横井宏尚
  • Journal Title: 日本機械学会論文集(B編) 73巻727号 Pages: 655-662
  • NAID: 110006271347
• [Journal Article] 乱流境界層に及ぼす境界層外乱れの影響(第2報,対流境界層に及ぼす格子乱流の影響) (2007)
  • Author(s): 長田孝二, 伊藤陽人, 酒井康彦, 小森 悟
  • Journal Title: 日本機械学会論文集(B編) (印刷中)
  • NAID: 110006250950
• [Presentation] 高Sc数パッシブスカラー乱流輸送の二次元LIF計測 (2009)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 鵜飼涼太
  • Organizer: 第37回可視化情報シンポジウム
  • Place of Presentation: 工学院大学(発表決定)
  • Year and Date: 2009-07-21
• [Presentation] フラクタル格子乱流による高Sc数スカラー混 (2009)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 鵜飼涼太, 久保貴
  • Organizer: 第46回日本伝熱シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館(発表決定)
  • Year and Date: 2009-06-02
• [Presentation] 壁面ブロッキング効果によるコーナー近傍および波状壁面上での二次流れに関する実験的研究 (2009)
  • Author(s): 濱松岳, 酒井康彦, 長田孝二, 久保貴
  • Organizer: 日本機械学会東海支部第58期総会・講演会
  • Place of Presentation: 岐阜大学
  • Year and Date: 2009-03-17
• [Presentation] 壁面ブロッキング効果による波状壁面上での二次流れに関する実験的研究 (2009)
  • Author(s): 小畠孝仁, 濱松岳, 酒井康彦, 長田孝二
  • Organizer: 東海学生会第40回学生員卒業研究発表講演会
  • Place of Presentation: 岐阜大学
  • Year and Date: 2009-03-16
• [Presentation] 液相フラクタル格子乱流の特性に関する実験的研究 (2009)
  • Author(s): 鵜飼涼太, 酒井康彦, 長田孝二
  • Organizer: 東海学生会第40回学生員卒業研究発表講演会
  • Place of Presentation: 岐阜大学
  • Year and Date: 2009-03-16
• [Presentation] DNSによる空間発展フラクタル格子乱流の構造解明とスカラー拡散機構 (2008)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 早瀬敏幸, 久保貴
  • Organizer: 第22回数値流体力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立オリンピック記念青少年総合センター
  • Year and Date: 2008-12-17
• [Presentation] フラクタル格子乱流による乱流熱輸送の直接数値計算 (2008)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 早瀬敏幸, 久保貴
  • Organizer: 化学工学会第40回秋季大会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2008-09-25
• [Presentation] 安定および不安定成層を形成する格子乱流場における速度とスカラのクロススペクトルについて (2008)
  • Author(s): 長田孝二, 酒井康彦, 小森悟, 久保貴
  • Organizer: 日本流体力学会年会2008
  • Place of Presentation: 神戸大学
  • Year and Date: 2008-09-07
• [Presentation] フラクタル格子乱流による乱流熱輸送特性, (2008)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 早瀬敏幸, 久保貴
  • Organizer: フラクタル格子乱流による乱流熱輸送特性
  • Place of Presentation: 神戸大学
  • Year and Date: 2008-09-07
• [Presentation] フラクタル格子乱流による乱流熱輸送特性 (2008)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 早瀬敏幸, 久保貴
  • Organizer: 日本流体力学会年会2008
  • Place of Presentation: 神戸大学
  • Year and Date: 2008-09-07
• [Presentation] 空間発展フラクタル格子乱流による乱流熱輸送 (2008)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 早瀬敏幸, 久保貴
  • Organizer: 第45回日本伝熱シンポジウム
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2008-05-21
• [Presentation] ラクタル格子乱流の直接数値シミュレーション (2008)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 早瀬敏幸, 久保貴
  • Organizer: 化学工学会第73回年会
  • Place of Presentation: 静岡大学
  • Year and Date: 2008-03-17
• [Presentation] DNSによる乱流境界層の構造・熱輸送に及ぼす外部乱れの影響に関する研究 (2008)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 早瀬敏幸, 久保貴
  • Organizer: 日本機械学会東海支部第57期総会・講演会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2008-03-10
• [Presentation] DNSによる乱流境界層の構造・熱輸送に及ぼす外部乱れの影響に関すろ研究 (2008)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 早瀬敏幸, 久保貴
  • Organizer: 日本機械学会東海支部 第57期総会・講演会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2008-03-10
• [Presentation] Direct Numerical Simulation of Fractal-Grid-Generated Turbulence (2007)
  • Author(s): K. Nagata, H. Suzuki, Y. Sakai, T. Hayase and T. Kubo
  • Organizer: American Physical Society, Division of Fluid Dynamics, 2007 Annual Meeting
  • Place of Presentation: The Salt Palace Convention Center, Salt Lake City, USA
  • Year and Date: 2007-11-19
• [Presentation] Direct Numerical Simulation of Fractal-Grid-Generated Turbulence (2007)
  • Author(s): H. Suzuki, K. Nagata, Y. Sakai, T. Hayase and T. Kubo
  • Organizer: American Physical Society (APS), Division of Fluid Dynamics (DFD), 2007 Annual Meeting
  • Place of Presentation: The Salt Palace Convention Center, Salt Lake City, USA
  • Year and Date: 2007-11-19
• [Presentation] 直接数値計算による乱流境界層の乱流構造及び熱輸送に及ぼす格子乱流の影響の解明 (2007)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 早瀬敏幸, 久保貴
  • Organizer: 第85期日本機械学会流体工学部門講演会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2007-11-17
• [Presentation] 直接数値計算による乱流境界層の乱流構造及び熱輸送に及ぼす格子乱流の影響の解明 (2007)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 早瀬敏幸, 久保 貴
  • Organizer: 第85期 日本機械学会流体工学部門 講演会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2007-11-17
• [Presentation] Direct Numerical Simulation of Turbulent Mixing in Grid-Generated Turbulence (2007)
  • Author(s): H. Suzuki, K. Nagata, Y. Sakai, T. Hayase and T. Kubo
  • Organizer: International Conference on Turbulent Mixing and Beyond
  • Place of Presentation: The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics, Trieste, Italy
  • Year and Date: 2007-08-24
• [Presentation] 格子乱流の直接数値シミュレーション (2007)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 早瀬敏幸, 久保 貴
  • Organizer: 計算工学講演会 第12回講演会
  • Place of Presentation: 国立オリンピック記念青少年総合センター(東京都)
  • Year and Date: 2007-08-23
• [Presentation] 壁面ブロッキング効果による二次流れに関する研究 (2007)
  • Author(s): 濱松岳, 長田孝二, 酒井康彦, 久保貴, 田川眞司
  • Organizer: 日本流体力学会年会2007
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2007-08-08
• [Presentation] 直接数値シミュレーションによる乱流境界層に及ぼす格子乱流の影響の解明 (2007)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 早瀬敏幸, 久保貴
  • Organizer: 日本流体力学会年会2007
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2007-08-08
• [Presentation] 壁面ブロッキング効果による二次流れに関する研究 (2007)
  • Author(s): 濱松 岳, 長田孝二, 酒井康彦, 久保 貴, 田川眞司
  • Organizer: 日本流体力学会 年会2007
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2007-08-08
• [Presentation] 直接数値シミュレーションによる乱流境界層に及ぼす格子乱流の影響の解明 (2007)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 早瀬敏幸, 久保 貴
  • Organizer: 日本流体力学会 年会2007
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2007-08-06
• [Presentation] 格子乱流の直接数値シミュレーション (2007)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 早瀬敏幸, 久保貴
  • Organizer: 計算工学講演会第12回講演会
  • Place of Presentation: 国立オリンピック記念青少年総合センター
  • Year and Date: 2007-05-23
• [Presentation] 格子乱流下に形成される壁面上乱流境界層流中の熱移動に関する直接数値計算 (2007)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦
  • Organizer: 化学工学会第72年会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2007-03-21
• [Presentation] 乱流境界層のコヒーレント構造に及ぼす主流かく乱の影響に関する研究 (2007)
  • Author(s): 長田孝二, 酒井康彦, 下形英之, 久保貴
  • Organizer: 日本機械学会東海支部第56期総会講演会
  • Place of Presentation: 静岡大学
  • Year and Date: 2007-03-07
• [Presentation] 格子乱流下に形成される壁面上乱流境界層の直接数値計算 (2007)
  • Author(s): 鈴木博貴, 長田孝二, 酒井康彦, 久保貴
  • Organizer: 日本機械学会東海支部第56期総会講演会
  • Place of Presentation: 静岡大学
  • Year and Date: 2007-03-07
• [Presentation] 壁面ブロッキング効果による二次流れの発生機構に関する研究 (2007)
  • Author(s): 長田孝二, 田川眞司, 酒井康彦, 久保貴
  • Organizer: 日本機械学会東海支部第56期総会講演会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2007-03-07