• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

超高プラントル数スカラーの成層乱流とエネルギー交換

Research Project

Project/Area Number 21H01247
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 19010:Fluid engineering-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

花崎 秀史  京都大学, 工学研究科, 教授 (60189579)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 沖野 真也  京都大学, 工学研究科, 講師 (30711808)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
Keywords成層流体 / 乱流 / プラントル数 / 高プラントル数
Outline of Research at the Start

鉛直方向に密度差を持つ成層流体においては、1%未満の密度差が流れを大きく変化させる。成層乱流の挙動は、密度勾配を表すフルード数、レイノルズ数、物質定数であるプラントル数Prの3つで決定されるが、従来の数値計算では、ほとんどPr =1に固定されてきた。しかし、現実の固体溶液ではPrは1000のオーダーであり、最近のPr=700に対する数値計算も、低Prと大きく異なる結果を示している。本研究では、超高プラントル数の成層乱流について、数値計算、水槽実験、理論解析により、その新しい原理を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

超高プラントル数の典型である塩分成層流体(Pr=700)中の乱流を、乱れの積分長で定義したレイノルズ数がRe=50~100の場合について、数値計算、水槽実験、理論解析により調べた。
1. 数値計算(DNS):本年度も継続して、直接数値シミュレーション(DNS) を、周期境界条件を課した立方体領域に対して行った。注目する物理量は、速度場(運動エネルギー)、スカラー撹乱(位置エネルギー)、スカラーの鉛直フラックス(運動エネルギーと位置エネルギーの交換量)などの空間分布と、その時間変化である。これらの量の波数空間でのスペクトルと、実空間での構造との対応関係を詳細に調べることにより、Pr=700付近で見られる階段状のスペクトルが持つ意味と、その発現メカニズムを明らかにした。

2. 水槽実験:速度場をPIV法、塩分濃度場の時間変化をLIF法によって計測した。PIVには、Nd:YAGレーザーを用いた。塩分濃度場を測定するLIFは、ローダミン110(吸収波長496nm, 蛍光波長520nm)に連続発振の固体レーザー(488nm) を照射して行った。LIF計測において、高波数におけるCCDカメラのノイズを、波数空間で解析することによって除去することができ、塩分濃度場(密度場)スペクトルの数値計算との一致を確認できた。

3.理論解析:Rapid Distortion Theory (RDT) による解を、様々なプラントル数、レイノルズ数に対して求め、DNS及び水槽実験との比較を行い、超高プラントル数乱流が持つ特異なスペクトルの起源を理論的な側面から明らかにすることを試みた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

数値計算と理論は、ほど予定通りに進行している。水槽実験については、大型水槽の製作が業者の廃業によりできなかったため、大型水槽の実験が開始がまだできていないが、小型水槽の実験結果(塩分濃度場測定)のスペクトル解析においては、手法の検討により、数値計算との比較が適切にできるようになった。

Strategy for Future Research Activity

実験においては、大型水槽の導入により、(1)水槽の壁面境界層の影響を排除した状況下での実験を行う。(2)小水槽では行えなかった高レイノルズ数の実験を行い、現実の海洋など、高レイノルズ数の成層乱流が持つ性質を予測する。
その結果も取り入れながら、数値計算、Rapid Distortion Theory (RDT)理論、水槽実験の、できる限り定量的な比較を行っていく。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2022 2021 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Density distribution in the flow past a sphere descending in a salt-stratified fluid2021

    • Author(s)
      Okino Shinya、Akiyama Shinsaku、Takagi Koki、Hanazaki Hideshi
    • Journal Title

      Journal of Fluid Mechanics

      Volume: 927

    • DOI

      10.1017/jfm.2021.758

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 熱塩成層乱流の直接数値計算2022

    • Author(s)
      沖野真也, 花崎秀史
    • Organizer
      日本流体力学会年会2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 成層流体中を一定加速度で下降する球まわりの流れの数値シミュレーション2022

    • Author(s)
      越馬遼, 沖野真也, 花崎秀史
    • Organizer
      日本流体力学会年会2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 塩分成層流体中を一定加速度で下降する球まわりの流れの可視化実験2022

    • Author(s)
      田﨑 陽天,沖野真也、花崎秀史
    • Organizer
      日本流体力学会年会2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 成層せん断乱流の数値シミュレーション2022

    • Author(s)
      Parajuli Ayush, 沖野真也, 花崎秀史
    • Organizer
      日本流体力学会年会2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Small-scale density fluctuations in grid-generated turbulence in a salt-stratified fluid2022

    • Author(s)
      S. Okino, S. Minakami, Y. Imanishi & H. Hanazaki
    • Organizer
      The 12th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Jets and wakes of a sphere moving vertically in a stratified fluid2022

    • Author(s)
      H. Hanazaki
    • Organizer
      IUTAM Symposium on particles, drops and bubbles in stratified environments
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] A numerical study of homogeneous stratified shear turbulence2022

    • Author(s)
      A. Parajuli, S. Okino & H. Hanazaki
    • Organizer
      The 21st Kyoto-Tsinghua-Seoul National University Thermal Engineering Conference
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 温度成層流体におけるパッシブスカラーの乱流拡散2021

    • Author(s)
      沖野真也, 花崎秀史
    • Organizer
      日本流体力学会年会2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 密度成層流体中を鉛直移動する球による渦度生成の数値解析2021

    • Author(s)
      冨田マンタ, 安田達哉, 沖野真也, 花崎秀史
    • Organizer
      日本流体力学会年会2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 塩分成層流体中の格子乱流とそのフルード数依存性について2021

    • Author(s)
      水上奏一郎, 沖野真也, 花崎秀史
    • Organizer
      日本流体力学会年会2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 成層せん断乱流の発達と減衰2021

    • Author(s)
      Ayush Parajuli, 中村葵, 沖野真也, 花崎秀史
    • Organizer
      日本流体力学会年会2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.vortex.me.kyoto-u.ac.jp/index.html

    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi