| Project/Area Number |
22K04943
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 29030:Applied condensed matter physics-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
小野 満里絵 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (80883090)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古市 紀之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (10334921)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 乱流 / 高レイノルズ数 / LDV / スケーリング則 / 標準 / 空間分解能 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、標準という概念が存在しない乱流分野において壁乱流の乱流強度分布におけるスケーリング則を明らかにし、流れ場の状態や計測の妥当性を評価するための指標；「乱流標準」を確立することを目的とする。ここでは、乱流強度の内層ピークおよび対数領域のスケーリング則に注目し、高レイノルズ数円管流れの信頼性の高い結果を示すことを目指す。このために、乱流強度の計測に強く影響するLDVの空間分解能やフリンジの歪みといったパラメータをLDV校正装置によって実測する。本研究は流量の国家標準設備によって理想状態の流れ場を高レイノルズまで実現し、オンサイトでLDVパラメータを計測することで計測の高精度化を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
R5年度は，昨年度の口径100 mm配管における３方向速度成分の乱流強度分布の計測結果をもとに，更に解析を進め，管内における３方向の乱流強度の総和であるバルクTKE（Turbulent Kinetic Energy）のレイノルズ数依存性について調査した．その結果，バルクTKEが流れ方向やスパン方向成分の乱流強度分布における内層ピークと同様，レイノルズ数依存的に増大することを確認した．増大の傾向は対数則および漸近則両方に従う傾向を示した．バルクTKEは3方向成分を壁面近傍から管中心まで計測する必要があることからこれまでそのレイノルズ数依存性が報告されておらず，本研究によってその挙動を初めて明らかにした．現在バルクTKEと管摩擦係数の関係性についても調査しており，バルクTKEのスケーリング則という観点から管摩擦のスケーリング則についても新たな知見を得ることを期待している．これらの成果についてはR5年度に国際学会にて2件と国際誌１件の発表を行った．また，水中でのLDV校正装置に関しては現在，ドイツPTB（Physikalisch-Technische Bundesanstalt）とディスカッションを進めており，アクリル製の小型回転円盤等を用いて実流動場で校正を行うシステムの構築を考えている．大口径(389 mm)における種々の乱流統計量の計測に関しては，流れ方向の平均速度や乱流強度の取得を行った．しかしながら，大口径に関しては，小口径と比較すると，同じレイノルズ数でも流速が遅く，また，計測点までの距離が長くなるためにビーム強度が低下する等の理由から，サンプリング周波数が小さく統計的に十分なデータが得られなかった．今後，ビームの強度をあげる等の計測上の改善を行い再度計測を試みる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度はこれまで報告がなされていないバルクTKEのスケーリング則について明らかにし，国際学会および国際誌における論文の発表までに至った．実流動場におけるLDVの校正装置の開発と大口径での計測に関しては完遂できていないものの，現状の課題について明らかにすることができた．このような観点から，当研究はおおむね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
R6年度においては引き続き実流動場（水中）での校正を行う装置の開発に取り掛かる．
また，大口径配管における計測ではサンプリング周波数の課題が明らかになったため，ビームの強度やトレーサー粒子の変更などを視野に入れて再計測を試みる．また，バルクTKEと管摩擦係数の関係性についても調査し，LDVによって得られた乱流統計量と圧力計測から求めた管摩擦係数という異なる計測に基づく物理量から乱流の普遍性について明らかにする予定である．
最終的には，得られた結果をデータベースとして公開することを予定している．
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