1998 Fiscal Year Annual Research Report
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09450076
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
三宅 裕 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50029005)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
太田 貴士 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10273583)
辻本 公一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10243180)
梶島 岳夫 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30185772)
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| Keywords | 乱流 / 乱流制御 / DNS / 壁乱流 / 粗面乱流 / 縦渦 |
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| Research Abstract |
壁乱流中に発生する微細組織構造の局所制御の基礎的知見を得るために、壁近傍を操作した場合の乱れ特性の変化を直接シミュレーションにより評価した。
粗面壁を持つ溝乱流場では、壁近傍に砂粒粗さとリブを配置した場合について検討した。壁近傍では粗面により縦渦構造の発生は抑制され、また要素形状を反映した組織渦構造の発生が起こるが、壁近傍の乱れの巨視的特性への影響は少なく、従来から考えられている縦渦の様な強い組織構造によらなくとも運動量交換が行われることを確認した。また、壁近傍での乱れの変化の影響は遠くに及ばず、壁遠方場の乱れ特性は巨視的尺度でスケーリングされることを確認した。
乱流摩擦抵抗の低減のために粘性力に比例する外力を与え、壁近傍の乱れ構造を抑制した。高/低レイノルズ数の場合との比較から、壁近傍だけの抑制でも有効な抵抗削減が図られることを示した。また、この場合も壁近傍を操作した影響は壁近傍内に収まり、遠方では巨視的尺度でスケールされることを示した。さらに、最小渦スケールでスケーリングした結果、壁遠方場でもチューブ状の微細渦構造が発生していることが確認され、壁近傍から壁遠方場にいたる全領域で微細渦構造が発生し、それらが群を形成していることを明らかにした。
壁近傍から遠方場までの乱れ構造を抑制した場合を評価することならびに、高分子材を添加した場合の抵抗削減効果の解明のため、離散要素(球一バネモデル)を投入した大規模シュレーションを行った。その結果、計算結果は実験事実と整合し、乱れの再配分効果の抑制が抵抗削減の要因であることを明らかにした。
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[Publications] Y.MIYAKE: "Simulation of Rough Wall Channel Flow" Proc.Third Asian Computational Fluid Dynamics Conf.98-112 (1998)
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[Publications] 三宅 裕: "非平滑面の溝乱流構造解析" 第14回生研NSTシンポジウム講演論文集. 43-49 (1999)
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[Publications] 梶島岳夫: "離散要素モデルによる高分子溶液の乱流抵抗低減の数値シミュレーション" 日本機械学会論文集B編. 64-627. 3636-3643 (1998)
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[Publications] Kajishima,T.: "DNS of Drag Reduction by Polymer Additive" Proc.3rd ASME/JSME Joint Fluids Eng.Conf.,San Francisco. 99-7796. (1999)
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[Publications] 辻本公一: "壁近傍乱流の縦渦群の形成に関する解析" 日本機械学会論文集B編. 64-622. 1659-1666 (1998)
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[Publications] 辻本公一: "壁近傍乱流の縦渦の同定と維持機構の解析" 日本機械学会論文集B編. 64-623. 1989-1996 (1998)
