Hybrid simulations for the mechanical degradation of polymer solution by turbulence

• Project/Area Number: 23760156
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Fluid engineering
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: WATANABE Takeshi 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30345946)
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2013: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2012: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2011: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 高分子溶液 / 乱流 / ハイブリッド計算 / 大規模並列計算

Research Abstract

In this study we examined the mechanical degradation of polymer solution by turbulence and its effects on turbulence statistics by performing the numerical simulations which include the cut-off process of long-chain polymers. It is known that the kinetic energy dissipation of turbulent flows is reduced by polymer additives. It was found that the longer chain polymers have larger influence on the turbulence statistics like the kinetic energy dissipation. When the elasticity of polymers was much stronger, turbulent motions were maintained by stretching polymers even when the turbulence sufficiently decayed. Then the kinetic energy spectrum showed the characteristic power-law decay in the wavenumber range below the Kolmogorov scale. We also found that the reduction rate of the kinetic energy dissipation was gradually decreased with time due to the decreasing of the number of longer chain polymers by cutting.

Research Products

• [Journal Article] 乱流の減衰過程に及ぼす高分子の影響 (2014)
  • Author(s): 渡邊威,後藤俊幸
  • Journal Title: 京都大学数理解析研究所講究録 Volume: 1882 Pages: 55-64
• [Journal Article] Power-law spectra formed by stretching polymers in decaying isotropic turbulence (2014)
  • Author(s): Takeshi Watanabe and Toshiyuki Gotoh
  • Journal Title: Phys Fluids Volume: 26 Pages: 35110-35110
• [Journal Article] Universal spectrum in the infrared range of two-dimensional turbulence flows (2014)
  • Author(s): Takahiro Iwayama and Takeshi Watanabe
  • Journal Title: Phys Fluids Volume: 26 Pages: 25105-25105
  • NAID: 120005465544
• [Journal Article] Spectrum of passive scalar at very high Schmidt number in turbulence (2014)
  • Author(s): T. Gotoh, T. Watanabe and H. Miura
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 9 Pages: 3401019-3401019
  • NAID: 130005098528
• [Journal Article] Power-law spectra formed by stretching polymers in decaying isotropic turbulence (2014)
  • Author(s): Takeshi Watanabe and Toshiyuki Gotoh
  • Journal Title: Phys. Fluids Volume: 26 Issue: 3 Pages: 35110-35110
  • DOI: 10.1063/1.4869102
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Universal spectrum in the infrared range of two-dimensional turbulence flows (2014)
  • Author(s): T.Iwayama and T. Watanabe
  • Journal Title: Phys. Fluids Volume: 26 Issue: 2 Pages: 25105-25105
  • DOI: 10.1063/1.4864103
  • NAID: 120005465544
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kinetic energy spectrum of low-Reynolds-number turbulence with polymer additives (2013)
  • Author(s): Takeshi Watanabe and Toshiyuki Gotoh
  • Journal Title: J. Phys. : Conf. Ser Volume: 454 Pages: 12007-12007
• [Journal Article] Taylor-Green流れにおける弾性乱流 (2013)
  • Author(s): 渡邊威,後藤俊幸
  • Journal Title: ながれ Volume: 第32巻 Pages: 441-448
• [Journal Article] Hybrid Eulerian-Lagrangian simulations for polymer-turbulence interactions (2013)
  • Author(s): Takeshi Watanabe, Toshiyuki Gotoh
  • Journal Title: J. Fluid Mech Volume: 717 Pages: 535-575
• [Journal Article] Linear stability analysis of parallel shear flows for an inviscid generalized two-dimensional fluid system (2013)
  • Author(s): Takahiro Iwayama, Masakazu Sueyoshi, Takeshi Watanabe
  • Journal Title: J. Phys. A : Math. Theor Volume: 46 Pages: 65501-65501
  • NAID: 120005465540
• [Journal Article] Kinetic energy spectrum of low-Reynolds-number turbulence with polymer additives (2013)
  • Author(s): Takeshi Watanabe and Toshiyuki Gotoh
  • Journal Title: J. Phys.: Conf. Ser. Volume: 454 Pages: 12007-12007
  • DOI: 10.1088/1742-6596/454/1/012007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Taylor-Green 流れにおける弾性乱流 (2013)
  • Author(s): 渡邊威, 後藤俊幸
  • Journal Title: ながれ Volume: 32 Pages: 441-448
• [Journal Article] Hybrid Eulerian-Lagrangian simulations for polymer-turbulence interactions (2013)
  • Author(s): Takeshi Watanabe, Toshiyuki Gotoh
  • Journal Title: J. Fluid Mech. Volume: 717 Pages: 535-575
  • DOI: 10.1017/jfm.2012.595
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Linear stability analysis of parallel shear flows for an inviscid generalized two-dimensional fluid system (2013)
  • Author(s): Takahiro Iwayama, Masakazu Sueyoshi, Takeshi Watanabe
  • Journal Title: J. Phys. A: Math. Theor. Volume: 46 Issue: 6 Pages: 65501-65501
  • DOI: 10.1088/1751-8113/46/6/065501
  • NAID: 120005465540
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 乱流混合と雲マイクロ物理過程 (2013)
  • Author(s): 小崎 友裕, 鈴木 祐有紀, 渡邊 威, 後藤 俊幸
  • Journal Title: 京都大学数理解析研究所講究録 Volume: 1822 Pages: 69-75
• [Journal Article] 低マッハ数の圧縮性乱流と非圧縮性乱流について (2013)
  • Author(s): 中嶋 大樹, 畑中 祥吾, 渡邊 威, 後藤 俊幸
  • Journal Title: 京都大学数理解析研究所講究録 Volume: 1822 Pages: 24-31
• [Journal Article] Scalar flux in a uniform mean scalar gradient in homogeneous isotropic steady turbulence (2012)
  • Author(s): Toshiyuki Gotoh, Takeshi Watanabe
  • Journal Title: Physica D Volume: 241 Pages: 141-148
• [Journal Article] Universality and anisotropy in passive scalar fluctuations in turbulence with uniform mean gradient (2011)
  • Author(s): Toshiyuki Gotoh, Takeshi Watanabe, Yuki Suzuki
  • Journal Title: Journal of Turbulence 12 Volume: N48
• [Journal Article] 大規模並列計算による乱流中の高分子モデルの挙動解析 (2011)
  • Author(s): 渡邊威,後藤俊幸
  • Journal Title: 京都大学数理解析研究所講究録 Volume: 1711 Pages: 10-23
• [Journal Article] Universality and anisotropy in passive scalar fluctuations in turbulence with uniform mean gradient (2011)
  • Author(s): Toshiyuki Gotoh, Takeshi Watanabe, Yuki Suzuki
  • Journal Title: Journal of Turbulence Volume: 12
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 大規模並列計算による乱流中の高分子モデルの挙動解析 (2011)
  • Author(s): 渡邊威,後藤俊幸
  • Journal Title: 数理解析研究所講究録 Volume: 1711 Pages: 10-23
• [Journal Article] 多数の高分子モデルが分散した一様乱流の統計性 (2011)
  • Author(s): 杉本大輝,渡邊威,後藤俊幸
  • Journal Title: 第２４回計算力学講演会ＣＭＤ2011 Volume: 1512 Pages: 494-496
• [Journal Article] テイラークエット流れにおける高分子の影響 (2011)
  • Author(s): 金相佑,渡邊威,後藤俊幸
  • Journal Title: 第２４回計算力学講演会ＣＭＤ2011 Volume: 1511 Pages: 492-493
• [Presentation] Taylor-Green流れにおける弾性乱流の性質 (2014)
  • Author(s): 渡邊威,後藤俊幸
  • Organizer: 日本物理学会年会2014
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス
  • Year and Date: 2014-03-28
• [Presentation] 希薄高分子溶液における乱流のハイブリッドシミュレーション (2013)
  • Author(s): 西岡優樹,渡邊威,後藤俊幸
  • Organizer: 日本機械学会第26回計算力学部門講演会
  • Place of Presentation: 佐賀大学
  • Year and Date: 2013-11-02
• [Presentation] Taylor-Green流れにおける弾性乱流 (2013)
  • Author(s): 渡邊威,後藤俊幸
  • Organizer: 日本流体力学会年会2013
  • Place of Presentation: 東京農工大学
  • Year and Date: 2013-09-02
• [Presentation] 希薄高分子溶液における低レイノルズ数乱流の性質 (2013)
  • Author(s): 渡邊威,後藤俊幸
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] 乱流の減衰過程に及ぼす高分子の影響 (2013)
  • Author(s): 渡邊威,後藤俊幸
  • Organizer: 京都大学数理解析研究所研究集会「多重物理・多重スケール乱流現象の数理」
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2013-01-09
• [Presentation] 一様定常乱流の統計性における鎖状高分子の影響 (2012)
  • Author(s): 土屋勝洋,西岡優樹,渡邊威,後藤俊幸
  • Organizer: 第26回数値流体力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立オリンピック記念青少年センター
  • Year and Date: 2012-12-18
• [Presentation] テイラークエット乱流における高分子の影響 (2012)
  • Author(s): 杉山智哉,後藤俊幸,渡邊威
  • Organizer: 第10回日本流体力学会中部支部講演会
  • Place of Presentation: 稲荷山温泉杏泉閣
  • Year and Date: 2012-11-09
• [Presentation] Kinetic energy spectrum of the low ReynoIds number turbulence with polymer additives (2012)
  • Author(s): Takeshi Watanabe, Toshiyuki Gotoh
  • Organizer: CCP2012
  • Place of Presentation: Nichii Gakka
  • Year and Date: 2012-10-15
• [Presentation] テイラークエット乱流における高分子の影響 (2012)
  • Author(s): 杉山智哉,後藤俊幸,渡邊威
  • Organizer: 日本機械学会第25回計算力学講演会
  • Place of Presentation: 神戸ボートアイランド南地区
  • Year and Date: 2012-10-06
• [Presentation] 高分子添加した乱流のエネルギースペクトルの振る舞い (2012)
  • Author(s): 渡邊威,後藤俊幸
  • Organizer: 日本物理学会2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学
  • Year and Date: 2012-09-19
• [Presentation] 一様定常乱流の統計性における高分子の影響 (2011)
  • Author(s): 杉本大輝,渡邊威,後藤俊幸
  • Organizer: 九州大学応用力学研究所共同利用研究集会「乱流現象及び非平衡系の多様性と普遍性」
  • Place of Presentation: 九州大学応用力学研究所
  • Year and Date: 2011-11-10
• [Presentation] テイラークエット流れにおける高分子の影響 (2011)
  • Author(s): 金相佑,渡邊威,後藤俊幸
  • Organizer: 九州大学応用力学研究所共同利用研究集会「乱流現象及び非平衡系の多様性と普遍性」
  • Place of Presentation: 九州大学応用力学研究所
  • Year and Date: 2011-11-10
• [Presentation] 多数の高分子モデルが分散した一様乱流の統計性 (2011)
  • Author(s): 杉本大輝,渡邊威,後藤俊幸
  • Organizer: 第24回計算力学講演会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2011-10-08
• [Presentation] テイラークエット流れにおける高分子の影響 (2011)
  • Author(s): 金相佑,渡邊威,後藤俊幸
  • Organizer: 第24回計算力学講演会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2011-10-08
• [Presentation] 一様定常乱流の統計性質への高分子の影響 (2011)
  • Author(s): 渡邊威,杉本大輝,後藤俊幸
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] 高分子溶液乱流の大規模並列数値計算 (2011)
  • Author(s): 渡邊威
  • Organizer: 第4回NIFS-NIT合同セミナー
  • Place of Presentation: 核融合科学研究所
  • Year and Date: 2011-07-29
• [Presentation] Hybrid simulations of enormous numbers of polymers dispersed in decaying isotropic turbulence (2011)
  • Author(s): Takeshi Watanabe, Toshiyuki Gotoh
  • Organizer: Hybrid simulations of enormous numbers of polymers dispersed in decaying isotropic turbulence", ICCES'11
  • Place of Presentation: Grand Metro Park Hotel, Nanjing China
  • Year and Date: 2011-04-18
• [Presentation] 多数の高分子モデルが分散した一様乱流の統計性 (2011)
  • Author(s): 杉本大輝，渡邊威，後藤俊幸
  • Organizer: 第２４回計算力学講演会
  • Place of Presentation: 岡山大学
• [Presentation] テイラークエット流れにおける高分子の影響 (2011)
  • Author(s): 金相佑,渡邊威,後藤俊幸
  • Organizer: 第２４回計算力学講演会
  • Place of Presentation: 岡山大学
• [Presentation] 一様定常乱流の統計性質への高分子の影響 (2011)
  • Author(s): 渡邊威，杉本大輝，後藤俊幸
  • Organizer: 日本物理学会２０１１年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
• [Presentation] 高分子溶液乱流の大規模並列数値計算 (2011)
  • Author(s): 渡邊威
  • Organizer: 第４回ＮＩＦＳ－ＮＩＴ合同セミナー
  • Place of Presentation: 核融合科学研究所
• [Presentation] Hybrid simulations of enormous numbers of polymers dispersed in decaying isotropic turbulence (2011)
  • Author(s): Takeshi Watanabe, Toshiyuki Gotoh
  • Organizer: ICCES'11
  • Place of Presentation: Grand Metro Park Hotel, Nanjing China
• [Presentation] 希薄高分子溶液における乱流のハイブリッドシミュレーション
  • Author(s): 西岡優樹，渡邊威，後藤俊幸
  • Organizer: 日本機械学会第26回計算力学部門講演会
  • Place of Presentation: 佐賀大学
• [Presentation] Taylor-Green 流れにおける弾性乱流
  • Author(s): 渡邊威, 後藤俊幸
  • Organizer: 日本流体力学会年会2013
  • Place of Presentation: 東京農工大学
• [Presentation] Taylor-Green 流れにおける弾性乱流の性質
  • Author(s): 渡邊威, 後藤俊幸
  • Organizer: 日本物理年会2014
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス
• [Presentation] パッシブスカラー乱流におけるスカラー勾配場の構造とその統計性
  • Author(s): 柴田純一，渡邊威，後藤俊幸
  • Organizer: 第１１回日本流体力学会中部支部講演会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] 直接数値計算による乱流中の粒子間衝突頻度の解析
  • Author(s): 塩津直哉，渡邊威，後藤俊幸
  • Organizer: 第１１回日本流体力学会中部支部講演会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] Statistics and dynamics of scalar at small scales in turbulence
  • Author(s): T. Gotoh, T. Watanabe and H. Miura
  • Organizer: The 23rd International Toki Conference on“Large-scale Simulation and Fusion Science”
  • Place of Presentation: Ceratopia Toki, Toki-city, Gifu土岐市
• [Presentation] パッシヴスカラーの慣性移流領域における普遍性
  • Author(s): 後藤俊幸,渡邊威
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学
• [Presentation] 乱流の減衰過程に及ぼす高分子の影響
  • Author(s): 渡邊威,後藤俊幸
  • Organizer: 京都大学数理解析研究所研究集会 「多重物理・多重スケール乱流現象の数理」
  • Place of Presentation: 京都大学
• [Presentation] テイラークエット乱流における高分子の影響
  • Author(s): 杉山智哉,後藤俊幸,渡邊威
  • Organizer: 第10回日本流体力学会 中部支部講演会
  • Place of Presentation: 稲荷山温泉 杏泉閣
• [Presentation] Kinetic energy spectrum of the low Reynolds number turbulence with polymer additives
  • Author(s): T.Watanabe and T.Gotoh
  • Organizer: Conference on Computational Physics (CCP2012)
  • Place of Presentation: Nichii Gakkan
• [Presentation] テイラークエット乱流における高分子の影響
  • Author(s): 杉山智哉,後藤俊幸,渡邊威
  • Organizer: 日本機械学会 第25回計算力学講演会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド南地区