2017 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 / ヘアピン渦列 / マイクロバブル / 流れ制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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）から譲り受けた円管内流の実験装置を北海道大学にて再構築し，過去の研究成果の再現実験を行った．この装置に前年度までに開発したシンセティックジェットアクチュエータ（SJA）を設置し，SJAにより管内に生成されるヘアピン渦列の個数が流れの乱流遷移に与える影響を調査した．この個数はSJAが注入する噴流の回数と対応する．攪乱注入口から十分下流の位置で，可視化およびレーザードップラ流速計により乱流パフの存在を確認した．その結果として，(1)ある数までは渦の個数が偶数か奇数かによって明瞭に乱流パフの下流での存在確率が変化すること，(2)ある数までは存在確率が渦の個数に対して増加するが，それを上回ると1度減少することを見いだした．(1)についてはその理由がまだ不明であるが，(2)については連続して形成されたヘアピン渦列により先に形成された乱流パフに，後方からそれに続くヘアピン渦（列）が突入することにより乱流の維持機構が壊れ，存在確率が低下したと理解している．なお，別途行った連続噴流注入による実験においても同様の結果が得られた．すなわち，攪乱の注入時間を増加させると，あるところで1度乱流パフの存在確率が下がる．
フランス・ルアーブル大学と共同で行った，急拡大管の亜臨界不安定遷移に関する実験で，噴流の連続注入，連続吸い出し，SJAのそれぞれについて，パラメータを変化させ遷移過程や遷移の有無を調査した．それらの結果は英文誌に投稿中である．
微細気泡を含む場合の乱流パフの形成について論文をまとめ，学会誌に掲載された．また，気泡の運動方程式をもとに乱流パフ内の気泡運動を推測する数値計算を進めた．
リニアスライダを購入し，攪乱の成長過程や乱流パフの減衰過程を計測するシステムを構築した．
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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
当初計画通り，(1)SJAにより形成されたヘアピン渦列が乱流遷移に与える影響を，北海道大学で新たに構築した12mの塩管内流実験装置，ならびにルアーブル大学の急拡大管装置において検証することができた．後者に関しては，結果を論文に投稿することができた．(2)微細気泡が乱流遷移に与える影響について，実験結果を論文にまとめて発表することができた．また，気泡の運動に関して数値計算をすすめ，成果が得られつつある．(3)リニアスライダによる追跡計測システムを構築することができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度までの研究が，論文による成果報告を含めておおむね計画通りに進展したことを考えて，最終年度である平成30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て進める．
(1)前年度までに調査した，SJAが生成するヘアピン渦列攪乱と乱流パフ生成確率（生存率）について，実験条件を増やして調査を行い，結果をまとめる．可能であれば粒子画像流速計を用いた詳細な流れ場計測を行い，生成・崩壊過程について記述する．
(2)乱流パフ内の気泡挙動を予測する数値計算を完成させ，気泡が群を形成することを示す．また，実験により乱流パフを通過した気泡群の分布を計測し，非一様性について議論する．過去に行われた，気泡群が渦構造に変調をもたらす研究との比較などから，気泡が乱流遷移にもたらす影響を明らかにする．過去に計測した，気泡を含むあるいは含まない場合の乱流パフ内の速度変動を詳細に解析し，そこに差違があるかを調べる．
(3)リニアスライダを用いた流れの追跡計測装置を用いて，(1),(2)のそれぞれのテーマで計測を行う．
(4)新たなテーマとして，下流の円管内部に超撥水コーティングを施し，乱流の維持機構に与える影響を調査する．これに関しては，イギリス・オックスフォード大学のFin Box博士との共同研究であり，議論をしながら進める．
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