Development of Boundary Layer Control by Enhancing Peculiar Pulsation in Two-Phase Turbulent Flow
| Project/Area Number |
20J20435
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
田中 泰爾 北海道大学, 大学院工学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | 摩擦抵抗低減 / 乱流境界層 / 気液二相流 / ボイド波 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，ボイド率の時空間変動（ボイド波）を機能的に利用した，乱流境界層制御技術を開発する．この技術は，空気潤滑法による船舶の摩擦抵抗低減効果を向上させるための主幹となる．流れに人工的にボイド波を与えることにより，局所的な抵抗低減量を増大する効果と，抵抗低減効果の下流持続性を伸延する効果を，同時に獲得することを研究の柱とする．３年間の研究期間において，この技術が実現する抵抗低減性能の最大化を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，乱流境界層への周期的に空気流量を変動させた気泡注入（間欠的気泡注入）による抵抗低減技術の開発を目的として，①船長36mの平定模型船を用いた抵抗低減効果の調査，②同平定模型船に生じた気液二相流乱流境界層についての現象解明，③水平チャネル乱流における気液二相流から単相流への移行時の乱流変調現象の解明の3つの研究を実施した．
研究①の平底模型船を用いた実験では，準実船規模環境においてボイド波を活用することによる摩擦抵抗低減促進効果を調査した．模型船にかかる全抗力を計測結果し，特定の周波数で注入空気流量を周期変動させることにより抵抗低減率が最大になることを示した．模型船底面における局所壁面せん断応力の長手方向分布を計測し，長い流下距離に適用可能な抵抗低減効果の下流遷移モデルを提案した．モデルを用いた実船大での抵抗低減率の推定を行い，ボイド波の活用により実際の船において抵抗低減率が向上する予測を与えた．
研究②では，船底を流れる気液二相流の流動状態と局所せん断応力の時系列データ同期解析を行った．ボイド率の周期変動に対応して壁面せん断応力が周期変動し，この応答が長手方向に伝播する過程を明らかにした．
研究③は，間欠的気泡注入により抵抗低減が促進される瞬間に焦点を当てた．乱流境界層中の速度分布を高空間解像度で取得するためにPTV（粒子追跡法）を行い，平均流速およびレイノルズ応力を取得した．この結果は，気泡の通過により乱流せん断が一時的に約80%抑制されることを示した．
以上の内容を含め，国際学会誌Ocean Engineeringでの発表2件（筆頭著者），日本トライボロジー学会学会誌「トライボロジスト」での発表1件（共著），国際学会発表2件（本人口頭発表1件，ポスター発表1件），国内学会発表4件（本人口頭発表3件，共著1件）を行った．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(23 results)
