2017 Fiscal Year Annual Research Report
Numerical computation for vortex-indued vibration and fluid forces of two staggered circular cylinders
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15K06623
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
近藤 典夫 日本大学, 理工学部, 教授 (90178418)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | くい違い配置２円柱 / 間隔比の変化 / 3次元数値解析 / 低スクルートン数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、２つの構造物のくい違い角度を０度から９０度までの配置で、２構造物に作用する流体力の評価とその流体力の作用による２構造物の流力振動現象を数値的に解明したものである。数値計算手法としては、流体計算の基礎式に非圧縮ナビエ・ストークス方程式を採用している。過去の研究から、ナビエ・ストークス方程式の数値解は２次元計算では実験結果と大きな乖離を生じ、３次元計算の必要性が示されている。このことから、本研究でもナビエ・ストークス方程式の計算には３次元計算を採用している。さらに、空間の離散化にはメッシュ生成の自由度が高い有限要素法によって行った。
構造物の運動方程式には剛体モデルの２自由度系運動方程式を採用し、流体力には抗力係数と揚力係数が作用するように式の変形を行っている。これによって構造物の運動はインラインとクロスフロー方向の運動のみを計算対象にしている。
２つの構造物が直列配置された時と並列配置された時には、２構造物の間隔によって流体力が変化することが過去の研究から知られている。本研究では、その間隔を狭いときに焦点を当てて研究を行った。つまり、間隔が狭いと２構造物間の流れの相互作用が顕著になるためである。
数値計算ではスクルートン数が小さい範囲で行った。この結果、２構造物の振動振幅は大きくなる。これはライザー管のような海洋構造物に対応することになり、このような場合の直列配置では換算速度の広い範囲でロックイン現象が生じることが捉えられた。さらに並列配置の間隔が狭い状態では２構造物の衝突現象の発生が捉えられた。さらにくい違い角度が10度の時には、２構造物周りの流れとそれに伴う流力振動性状はより複雑になることが捉えられた。
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