2017 Fiscal Year Annual Research Report
Transient growth study of quasi-coherent structure of non-equilibrium turbulence for sophisticated flow control
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15K21677
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
焼野 藍子 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (30634331)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 流体制御 / 安定性解析 / 壁乱流 / 剥離制御 / 摩擦抵抗低減制御 / ストリーク / 縦渦構造 / 過渡成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
主流の加速や減速を伴うために，乱流の生成と散逸がつりあわない非平衡乱流場である二次元丘周りの流れ場や，スパン方向に振動するチャネル乱流場を対象として，壁面近傍で生成する低速ストリークや縦渦構造など，乱流秩序構造の生成機構を説明し，制御するための方法論を構築することを目的とした研究を行った．特に本研究では，流れ場の非モード安定性を捉える線形過渡成長解析のためのプログラムコードを作成，上述のように時空間に変化する基本流を想定した線形安定性解析を実施した．最終年度はこれまでの成果をまとめ国内外の学会で発表をするとともに，新しい高性能計算機を用いたより詳細な過渡成長解析を実施した．
研究期間全体の主な成果として，二次元丘周りでの高解像度数値計算の結果から，圧力勾配のピーク位置と，縞状の構造の発生位置との関係を確かめ，さらに発生する構造の大きさは粘性スケールで整理されることを示した．さらにその知見に基づき，縞状の構造を発生する流体不安定性を誘起する局所体積力を設置することで，二次元丘後流において乱流による運動量輸送が促進され，剥離再付着が早まることを実証した．スパン方向に振動するチャネル乱流場では，実際の直接数値計算で観察されるレイノルズ応力の低減効果が，本解析での擾乱エネルギーの成長率の抑制と必ずしも相関していない結果を得たが，ここでの非線形効果のモデル化が不十分であるためと考えており，これは今後の課題として残された．一方，スパン方向流速を考慮しさらに低レイノルズ数チャネル流れに適用した際に，スパン斜め方向に増幅する過渡成長モードが存在することを初めて見出した．これは，直接数値計算において観察される，亜臨界レイノルズ数領域で観察される乱流状態が斜め状に分布する壁乱流構造の生成を説明する足がかりになると考えており，今後の研究発展を期待できる．
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