2017 Fiscal Year Research-status Report
複雑系の三次元後流のマルチスケール特性を利用した流れの制御技術
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16K06067
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
李鹿 輝 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (00253906)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 後流 / PIV / 数値計算 / 渦 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）複数の低アスペクト比の円柱が発生した後流構造の３次元流れの数値シミュレーション
円柱物体の形状、高さ、個数及び配置に対して、３次元流れの数値シミュレーションを行った。実験が見えない３次元渦の構造及び渦の相互作用の過程を明らかにした。また、物体の形状・配置などによって渦が誘発した振動流を解明した。流れの数値解析ソフトはANSYS Fluentを採用し、LES（Large Eddy Simulation）によって流れ場を解析した。
（２）波形状表面をもつ角柱の後流構造の実験研究
波形状モデルの後流において、背面に生じる低速領域と剥離領域が拡大される。また、FFT解析の結果から、角柱モデルの後流では特定の周波数が支配的に存在し、それがカルマン渦によるものであるのに対し、波形モデル後流では、周波数に一貫性が見られず、スペクトルも小さな値をとる、このことから、カルマン渦と異なる、新たな二次元渦の生成が生じていると考えられる。これらの二次元渦の生成により、渦度やレイノルズ応力の散逸が見られ、下流での乱れ幅を抑制する様子がPIVの結果から分かった。なお、波形は波長が短く、山と谷の数が多いモデルほど乱れる幅は抑制された。LESによるモデル近傍の圧力分布では、角柱モデルに比べ波形モデルの背圧が高く、圧力回復が速い結果となった。ここから圧力差によって生じる圧力抗力の抑制が期待できる。
（３）３次元PIVの計測実験
低アスペクト比の円柱の後流において、３次元PIVを用いて３次元後流構造を計測した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨年度、中国北京航空航天大学の流体力学研究所の回流水槽で各種物体の後流について３次元PIVの計測実験を行ったが、３DPIV解析・データ処理は予想よりかなり時間がかかった。現在も解析が続けている。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度の基礎実験研究の結果を踏まえて新たな模型を設計・製作し、実験による性能の評価を目的とする。
（１）３DPIV実験計測が得た３次元流れの速度データに対して、３次元ウェーブレット変換を行い、空間―時間において防波堤の周りに各スケールの渦のエネルギー分布を定量的に解析する。
（２）横渦と縦渦との相互作用により流れのエネルギー消散や大きな振動流の現象を明らかにする。
（３）３次元渦の形成、干渉、減衰の過程を解明し、新たな防波堤を支配する渦構造を抽出する。それらの渦を早い段階で破壊させる。
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