2016 Fiscal Year Annual Research Report
A study on edge of chaos using perturbation accompanying with artificial hair-pin vortices
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16H04260
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
田坂 裕司 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00419946)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村井 祐一 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80273001)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 亜臨界乱流遷移 / カオス / ヘアピン渦列 / マイクロバブル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
管内流に攪乱を加える手段としてシンセティックジェットアクチュエータ（SJA）を作成し，円管内流れに制御可能なヘアピン渦列を形成することに成功した．また，形成可能な渦列の周波数や，その制限を超えてSJAを稼働させた際の渦構造の変化を可視化実験により示した．SJAの振幅を変化させ，渦構造の変遷を明らかにした．過去に行われた孤立乱流塊（乱流パフ）形成の統計値を取得するため，上記の周波数や振幅をパラメータとして変化させ実験を行った．乱流パフ形成の有無については，レーザードップラー流速計（LDV）による計測を行い，定量的に判別を行った．また，過去の単純噴流を使用した実験結果との比較を行うため，設定パラメータから比較可能な物理量を算出した．
乱流パフ形成における微細気泡の影響を調べるため，大阪大学の清水博士より提供いただいた乱流パフの数値計算結果を用い，乱流パフ内での気泡挙動を数値的に調査した．その結果として，一様に流入した気泡が乱流パフとの干渉により構造化することを表現することができた．これまでの実験により，すでに微細気泡が乱流パフの生成に与える提供を統計的に調査しており，それらの結果との比較を行っている．また，LDVにより計測された管中心での速度変動から，流れの状態を定量的に判断する方法を考案した．
フランス，ルアーブル大学と共同で，急拡大管の亜臨界乱流遷移に関する実験研究を行った．乱流を誘起する有限振幅攪乱源として，単純噴流の他に本課題内で開発したSJAによるヘアピン渦列攪乱を導入し，可視化実験により遷移の本質に迫る結果を得ることができた．
イギリス，マンチェスター大学のMullin教授（現オックスフォード大学）から譲り受けた実験装置を北海道大学にて再構築した．
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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
当初計画において(1)SJAの作成と性能評価，(2)微細気泡が乱流パフの形成に与える影響の統計評価と気泡群の運動解析，(3)ルアーブル大学との緩拡大管内流れにおける孤立乱流化異形成に関する国際共同研究，(4)マンチェスターパイプを用いた新たな実験装置の構築，を設定していたが，(3)の共同研究について，緩拡大管が急拡大管に変更されたことを除き，おおむね予定通りに実施することができた．実験対象の変更については，共同研究者であるPeixinho博士による研究が進み，急拡大管の方がより明瞭な遷移の物理を抽出できるとの予測を得たことによる．よって，設定したテーマの本質としては，より進展した内容に変更されたと言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度の研究がおおむね計画通りに進展したことを考えて，平成29年度の研究は研究計画に沿った継続を行うとともに，新たなテーマを設定し進める．
(1)前年度まで性能評価が完了したSJAについて，形成されたヘアピン渦列攪乱と管内流れとの干渉により，元々の管内流れの速度分布がどのように変更されるのか，を粒子画像流速計により計測するとともに，その変更と孤立乱流塊の形成との関連性を調べる．(2)前年度までに数値計算で予測した，乱流パフを通過する際に形成される気泡分布を実験的に検証するため，可視化実験を行う．(3)最適攪乱とは何か，その本質に迫るため，SJAにより注入されるヘアピン渦列攪乱の個数と乱流パフ生成確立との関係と実験により統計的に調べる．(4)新たに構築したマンチェスターパイプを用いた実験を行い，これまでに得られた実験結果の装置依存性を検証する．(5)ルアーブル大学との共同研究を継続し，長短期の滞在などにより共同実験を実施する．(6)これまでに得られた結果について，複数本の論文を執筆し英文誌に投稿する．
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Research Products
(8 results)
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[Presentation] The sensitivity of transition in a pipe2017
Author(s)
T. Mullin, Y. Tasaka, Y. Ohkubo
Organizer
KITP Conference: Recurrence, Self-Organization, and the Dynamics Of Turbulence
Place of Presentation
University of California, Santa Barbara（Santa Barbara，USA）
Year and Date
2017-01-10 – 2017-01-10
Int'l Joint Research / Invited
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