2016 Fiscal Year Research-status Report
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15K05791
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
渡邉 崇 名古屋大学, 情報科学研究科, 教授 (40182927)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 回転流 / 流れモード / モード競合 / 分岐 / 回転円柱 / 回転円板 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，静止円柱容器内で回転する，有限尺度の円板および円柱まわりの流れに注目し，横流れ不安定性と遠心力不安定性の相互干渉がもたらすモード競合が，流動構造の発達過程に及ぼす影響を明らかにすることを目的とする．また，この研究の拡張として，中心のハブを共有して回転する二円板間の流れが持つ，大規模な渦構造を数値的に予測するとともに，動画像から一定の対象を認識，追跡する方法について検討を行う．
今年度は，静止円柱容器端面上のベデバルト層，回転円板表面上のエクマン層で発達する流れ構造に注目した．そして，各層の流れは，比較的低い円板回転数の場合には，半径方向隙間で発達する撹乱の影響を受けやすい一方で，高い回転数では，横流れ不安定性による螺旋状の渦構造が発達することを確認し，各種の流れパターンと，軸方向隙間，レイノルズ数の関係性を検討した．また，円板縁に現れる粒子状，多角形状の渦は，半径方向隙間に現れるエクストラ渦の大きさが，円周方向に変化する結果であることを見出した．さらに，変異モードの流れに対して，円板表面，円板リムに働くトルクを，レイノルズ数と軸方向隙間を用いたべき乗則で，統一的に表せることを示した．一方で，円板の増速率にも注目し，増速率が小さくなるにつれて，半径方向隙間で発達する流れが，正規モードに移る傾向があることを，数値的に示した．この結果は，実験的研究結果との定性的一致が見られた．
回転する二円板間の流れについては，OpenFOAMによる数値解析を進めた．まず，運動方程式の対流項の処理方法，および，乱流モデルの有無の影響を調べ，実験的に得られている結果と適合する計算条件を検討した．そして，中心付近で剛体回転する多角形領域と，その周りの渦構造が，妥当に予測できることを示した．また，畳み込みニューラルネットワークにより，動画内の対象を，選択的に追跡する方法の構築を進めた．
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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
静止円柱容器内で回転する有限の円板周りの流れにおいては，当初の計画通り，円板増速率が，流れの発達に及ぼす影響を調べた．また，円板が減速する場合にも注目し，対象とする流れでは，増速する場合の流れモード変化の逆過程が，必ずしも減速する場合に現れるものでないことを確認することができた．静止状態から流れが発達する場合，初期の段階の遠心力不安定性により局所的な渦が形成されること，そして，局所渦が融合，分裂するとともに，新たな渦を誘発することで，いくつかの発達パターンが存在することを特定することができた．また，既存の動画データを用いた物体追跡システムを，深層学習の原理を応用して実現できることに目途を付け，エリアセンサによる発達過程の追跡への基礎を固めることができた．さらに，オープンソースの解析ソフトを利用して，対象とする流れに対する離散化手法，モデル化手法の妥当性を検討した．一方で，本研究で導入した資産を有効に活用しつつ，鉛直な軸を持ち，回転する二重円柱間の，自由表面挙動の測定を進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，流れの発達過程におけるモード変化の過程の詳細な分析と整理が求められる．このために，流れの構造を，より明確に可視化するとともに，トルク，エネルギなどの定量的な量の時系列データの解析について，検討する．合わせて，可視化結果などのイメージとしてのデータについて，その類似性，差異の検出，および，分類性の判定を行うための方法の構築を進める．拡張目的とした回転二円板間の流れについては，実験との比較を，押し進める．また，自由表面を持つ鉛直回転二重円柱まわりの流れについては，本研究の資産を，比較的大型の装置に対して利用し，研究を行うことにより，新たな現象の発掘に期待が持てる．
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| Causes of Carryover |
一昨年に海外の国際学会への参加を取りやめたこと，および，本研究で利用可能であると考えられる新製品の案内を受けて，測定系やデータ処理系の検討を行ったことによる．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
測定系の構築，可視化，画像，動画処理の効率を高めるための設備の導入，および，流れの分岐現象に関する国際シンポジウムをはじめとする学会参加などに使用する予定である．
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