2018 Fiscal Year Annual Research Report
On global stability and large-scale intermittent structures in subcritical wall-turbulence transition and complex fluid flows
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16H06066
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
塚原 隆裕 東京理科大学, 理工学部機械工学科, 准教授 (60516186)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 亜臨界遷移 / 壁乱流 / DNS / 乱流縞 / 粘弾性流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
亜臨界乱流遷移において局在乱流の重要性が注目されており，本研究では局在乱流が縞状または帯状に持続する大規模間欠構造について直接数値計算（DNS）により調査してきた．特に，複雑流れ（粗面／粘弾性流体／固液二相）における大規模間欠構造のロバスト性，及び下臨界レイノルズ数（グローバル不安定性）の解明を目的として，DNS解析を実施してきた．
当該年度の実施項目：(1) Parametric Forcing Approachによって粗面を模擬された壁面上の流れを対象に，局在乱流領域が形成する斜め縞と垂直縞の構造変化に関する相図を作成し，垂直縞の流動構造やレイノルズ数依存性を明らかにした．レイノルズ数低下に伴い局在乱流領域の面積もしくは乱流帯の幅が一次関数的に減少し，層流化に向かうことが分かった．(2) 流体の粘弾性的応答により乱流縞の構造変化および発生条件を明らかにした．乱流構造への応答特性を系統的に調べるため，各種縦渦構造に及ぼす粘弾性の影響を明らかにした．これにより，流体粘弾性が縦渦の三次元化を抑制したり，新たな非定常性をもたらしたりすることが分かった．(3) 2-wayカップリングによる分散性固体粒子を含むDNSを行い，乱流縞の構造変化および発生条件をある程度明らかにした．密度比の大きい重い粒子を含む場合には流路内で一様な乱流誘起が起き，つまり乱流領域の局在性を失うことで即座に層流化に向かう様子を捉えた．これにより，乱流局在性とそれに伴う大規模二次流れの存在が亜臨界条件下での乱流維持に寄与することが示唆された．(4) 環状流路の可視化実験により，亜臨界遷移過程の螺旋乱流の発生が実証された．
以上の成果により，様々な条件下での亜臨界乱流遷移におけるグローバル安定性と大規模間欠構造の統一的理解が進んだ．当該年度に得られた成果については，引き続き英文学術雑誌にて論文発表していく．
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(22 results)
