Physical modeling of turbulence reduction by surfactant additives
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19K14893
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Hokkaido University (2020)
Tokyo University of Science (2019) |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 抵抗低減 / 乱流 / Taylor-Couette流 / 粒子画像流速測定 / PIV / 蛍光プローブ法 / 界面活性剤水溶液 / 抵抗低減現象 / 乱流抑制現象 / 非Newton流体 / 界面活性剤水溶液の流れ / ultimate turbulence / 流れの抵抗低減現象 |
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| Outline of Research at the Start |
パイプラインなどでは、乱流の活発な運動量輸送により大きな流動抵抗が生じてしまう。この問題を克服するために、流体に微量の界面活性剤を添加して流動抵抗を低減させる手法がある。しかし、溶液中の界面活性剤ミセルのミクロ構造と乱流というマクロな構造との相互作用が未解明であるため、この抵抗低減現象の物理機構は解明されていない。本研究では、界面活性剤のミセル構造と乱流を同時に計測する実験を行い、抵抗低減現象を記述する物理モデルを構築する。
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| Outline of Final Research Achievements |
To experimentally investigate the drag reduction by surfactant additives into high-Reynolds number turbulence of water, we produce a very large apparatus of Taylor-Couette flow. By the addition of surfactant to the turbulence of water with concentrations of the order of O(10) ppm, angular momentum transfer is drastically suppressed, which achieves the reduction of drag by 50 %. By velocity measurements, we reveal that in such a drag-reduced state, the mean velocity distribution between the rotating inner and outer cylinders is not monotonical. In addition, we conduct fluorescence probe method to relate the drag-reduced state to the existence of micellar structures. We confirm that a correlation between the above measurements when the drag reduction occurs.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
持続可能な社会実現のためには、工業の場面での省エネルギー化が喫緊の課題である。本研究では、パイプライン中の乱流によるエネルギーの摩擦損失を低減する技術としられる、界面活性剤添加による抵抗低減現象のメカニズム解明に取り組んだ。測定原理の異なる計測手法を組み合わせて実験を行うことで、抵抗低減の発現と特異な平均流速分布、水溶液中の界面活性剤ミセル構造の存在を関連付けることができた。これは、抵抗低減の予測には欠かすことのできない、現象の数理モデルの構築に寄与する結果である。
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Report
(3 results)
Research Products
(1 results)
