| Project/Area Number |
22K20406
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0301:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, fluid engineering, thermal engineering, mechanical dynamics, robotics, aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
Kato Kentaro 信州大学, 学術研究院工学系, 助教 (40967163)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 三次元境界層 / 乱流遷移 / 流れの不安定性 / 光学計測 / 流れの可視化 / 渦 / 流れの定量データ解析 / 実験装置の設計，製作 / 流体力学 / 境界層流れ |
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| Outline of Research at the Start |
滑らかな流れ（層流）から乱れた流れ（乱流）への遷移は、流体機械の性能に影響を与える問題として研究されてきた。これらの製品は複雑な曲面を有しているが、一般的な3次元曲面上に発達する流れの乱流遷移を扱った研究は少なく、設計の障害になっている。本研究は、曲面上流れの代表である回転円錐上に発達する流れの渦構造とその崩壊による乱流遷移過程を光学計測を通じて調査する。回転円錐は、頂点角度のみで幾何形状が決まる単純なモデルながら、三次元曲面上に発達する流れに見られる代表的な異なるタイプの渦を発生させることが知られており、本研究では、異なる渦の崩壊時に共通する遠心力，及び軸方向流れの影響を明らかにする。
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| Outline of Final Research Achievements |
Laminar-turbulent transition in the boundary layer on a rotating cone in axial flow is investigated through flow visualization and evaluation of Goertler-number scaling, which is known as a measure representing the centrifugal force. The visualizations show that flow structures develop along the generating line, collapse and lead to transition. In the axial flow, the transition location is determined by Reynolds number based on the local wall velocity and radius that depends on the axial velocity normalized by the rotational rate and kinematic viscosity. In still fluid, however, transition Reynolds number on the cone rotating is not determined uniquely. On the other hand, Goertler number dominates transition for a wide range of axial flow and half-cone angle, assuming the laminar similarity solution. This indicates that the centrifugal effects play an important role in the boundary-layer transition on rotating cones.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究は，流体機械，輸送機械上に発達する三次元的な境界層流れの単純化されたモデルとして回転する円錐上の乱流遷移を可視化実験により観察し，これまで知られていなかった乱流遷移へ影響を与える因子を明らかにした．また，これまでの遷移研究で一般的に用いられてきたレイノルズ数に加えて，遠心力に注目したゲルトラー数で流れを評価することの有用性を示した．
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