2017 Fiscal Year Research-status Report
他の進行物体から受ける空力的外乱に強い３次元ブラフボディ周り流れ構造の実現
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17K06159
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
中島 卓司 広島大学, 工学研究科, 助教 (40444707)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 空力的外乱 / 非定常空気力 / ３次元ブラフボディ / 渦構造 / 自動車空力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
特徴的な後流構造を形成する３次元ブラフボディを対象に，同一の進行速度を持った他の３次元ブラフボディによる定常的な流体力学的影響について、２体の相対位置が一定となる定常条件において流体力特性と流れ構造の振舞を調査した。２体の相対位置関係としては、前後方向（進行方向）と幅方向の２方向の間隔をパラメータとして変化させて調査を行った。このとき、主として前後方向に２体が並ぶ条件での調査を曳航水槽試験、主として２体が幅方向に並ぶ条件での調査を風洞試験によってそれぞれ行った。また、２体のブラフボディ周りの乱流場解析についても、非構造格子有限体積法コードを用いた解析を実施した。
これらの計測および解析結果を系統的に理解するため、他の進行物体からの影響を仮定の下で複数の流体現象に分離する定量的評価手法を考案した。その結果、ある程度の距離を保った２体の場合、他の進行物体による流体力学的影響は、他の進行物体の周囲圧力場の直接的な投影と他の進行物体による接近流の風向風速変化の影響が大きいことが確認された。
また、風洞装置のターンテーブル機構を用いた初期検討により、対象とする３次元ブラフボディの一部形状では、一様な斜め接近流の角度条件に応じて特徴的な後流構造が異なる流れ構造へと遷移し、進行物体に作用する流体力が非線形的振舞いをすることが確認された。このボディ形状に対して、他の進行物体が側方に存在する際の影響を調査したところ、２体間の相対位置の変化に対して非線形な応答を示す条件が存在し、一様な斜め接近流の影響と類似した流れ構造の遷移が生じることが確認された。
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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
平成２９年度に予定していた、対象とするブラフボディの基礎的な流体力特性の把握と他の進行物体による定常的な流体力学的影響の調査について取り組むと同時に、次年度以降に予定している過渡的な影響の検討にむけた予備検討や、最終的な目標とする干渉流体力特性の体系化に向けた理論の構築などを前倒して実施することができた。
一方で、他の進行物体による流体力学的な影響の振る舞いが想定以上に複雑であったため、２体間の相対位置条件の設定など、想定以上のパラメータスタディを実施することとなった。このため、ブラフボディ周囲の流動現象の詳細を解明するための可視化試験の実施が遅れたが、これまでのパラメータスタディの結果から注目すべき条件の絞込みは完了しているため、今後可視化試験についても進める計画である。
以上より、全体の進捗率としては概ね計画通りであると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度後半の取り組みに引き続き，同一の進行速度を持った他の３次元ブラフボディによる定常的な空力影響について解明を進める。実験計測では風洞装置に加えて、回流水槽装置を用いた可視化計測を実施する。前年度の実験計測において確認された、流体力が非線形的振舞いを示す条件間に絞った計測を行い、他の３次元ブラフボディによる空力影響の要因となる特徴的流れ構造の変化を解明する。また、可視化計測条件と対応する数値解析も実施し、注目するボディ周囲の特徴的流れ構造に生じる変化の確認と、その変化の発生メカニズムを解明する。
続いて、過渡条件下で他の進行物体による干渉を受けるブラフボディの流体力特性について解明するため、進行速度ベクトルが異なり、時間的に位置関係や相対運動が変化する２体のブラフボディ間に生じる干渉流体力を計測および解析を行う。これにより、各局所流れ構造の応答とそれに起因する過渡性を含む流体力特性を明らかにする。実験計測では、風洞装置において一方の模型をレール上で運動させ、主に固定側ボディに作用する空気力計測と双方の模型周り流れの非定常計測を実現する。また、回流水槽においては、主に移動するボディ側に作用する流体力計測と流れ構造変化の可視化を試みる。回流水槽、風洞の両者では、側方を他のボディが通過する条件に特に注目して調査する。一方、曳航水槽においては、地面効果をより適切に再現した状態で追従走行から離脱する過渡的条件での干渉流体力を計測する。数値解析では、定常的な空力影響解明の取り組みと同様に、実験計測結果を参照し流体力特性や流れ構造の急変が確認された条件を選定して、過渡条件でのLES解析を実施する。ここでは、前年度に基礎的検討を実施したスライディングメッシュ法による解析により、進行速度が異なる２体のボディ周囲の過渡的な乱流場を解析する。
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| Causes of Carryover |
研究開始当初、本研究の遂行において重要な「２体のブラフボディに作用する流体力の同時計測」を実現するため、従来の研究で使用していた検力装置に加えて、もう１台の検力装置の購入を計画していた。しかし、研究開始後に所属組織内で所有する検力装置を借用することが可能となり、計画していた検力装置の購入が不要となった。
一方で、当年度に実施した数値解析を中心とする予備的検討の結果から、動的試験計測に使用する計画であったアクチュエータの性能が不足することが見込まれたため、当該予算を次年度の動的試験装置の整備のために繰越利用することとした。
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