2017 Fiscal Year Research-status Report
壁面上を伝播する進行波による乱流境界層の摩擦低減・伝熱促進，同時達成制御の試み
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16K18019
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
守 裕也 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (80706383)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 乱流制御 / 境界層流れ / 進行波 / 直接数値計算 / 流体工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
乱流境界層における摩擦抵抗低減制御の確立は輸送機の燃費削減などに大きな貢献ができる．本研究では，国内外で提案されている乱流制御手法と比較し有利な点を持つ進行波状制御の効果の詳細な調査を行う．この進行波状制御は，乱流摩擦抵抗を著しく低減させる再層流化効果と，摩擦低減と熱伝達促進が同時に起きる非相似な制御効果の２つの利点を持つ．本研究ではこれまで未調査である乱流境界層における進行波制御の再層流化効果／非相似効果が生じるパラメータ群とその発現メカニズムを，直接数値シミュレーションを用いて明らかにする．乱流境界層において再層流化／非相似効果を狙う制御を行う例は他に無く，本研究で明らかになる制御パラメータ群とメカニズムは将来の乱流抵抗低減・伝熱促進制御デバイスの設計及び実用化に寄与できる．
本年度は下流方向進行波について計算を行い，制御が流れに与える効果のパラメータ依存性を網羅的に調査した。その結果、平行平板間乱流において得られた再層流化は、乱流境界層において生じにくいことがわかった．特に制御パラメータから計算される影響厚さから考えて、再層流化が期待されるパラメータ群においても、再層流化は生じなかった。その理由としては、２点考えられる．第１に、乱流境界層は発達流であるために下流方向に流れのスケールが変化する．そのため、再層流化に有効なパラメータが変化し再層流化に至らなかったと考えられる．第２に、現状の進行波は下壁側からのみの制御であったため、進行波が作成するポンピングの効果が小さかったと考えられる．
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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
本年度の結果より、乱流境界層の置いて下流方向進行波はチャネル乱流と比較して再層流化が生じにくいことがわかった。温度場の解析や非相似制御が期待できる上流方向進行波については２０１８年度の課題となるが、すぐにシミュレーションが実施できるよう整備されているため、現在までで研究の達成度は「おおむね順調」であると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度は下流方向進行波についていくつかの計算を実施し、制御が流れに与える影響を調査した．今後は上流方向進行波および熱輸送に関わる解析を行う。摩擦抵抗・熱伝達率に関する恒等式や動力との関係、摩擦抵抗値及び熱伝達率に対する寄与率の解析を行い、抵抗低減・熱伝達促進効果発現メカニズムの考察に役立てる．
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| Causes of Carryover |
計算の安定性確保に時間がかかったため．現状解決したため、複数台の高速計算機を導入する．
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