2019 Fiscal Year Annual Research Report
Prediction of Drag Reduction Effect of Hydrogel Painting Having Shear Stress Responsibility by Using Mesoscale Model
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17K06963
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
高木 洋平 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40435772)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 機能性船底塗料 / 摩擦抵抗低減 / 乱流 / 流体制御 / 平板境界層 / 平行平板間乱流 / 直接数値計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
機能性水和型船底塗料の摩擦抵抗低減効果を解明し、その効果を適切に表現できるメソスケールモデルを提案するために、回流水槽試験における平板摩擦抵抗試験、及び平行平板間乱流を対象とした直接数値計算を実施した。平板摩擦抵抗試験では船底塗料の水和性の有無以外に、層流-乱流遷移の効果について実験的に検証し、乱流促進装置を設置しない平板境界層では前縁から発達する二次元的な横渦構造が支配的になることから摩擦抵抗低減効果が流れ方向へのすべり速度の発生によって顕著となることがわかった。平行平板間乱流の直接数値計算では、壁面の粗度形状を考慮した壁境界条件を設定した解析を行い、粗度パターンと摩擦抵抗の関係を調べると共に、水和型塗料の流体透過性を考慮した物理モデルを導入した。一様な粗度分布を持つ塗膜では平滑な境界面に比べて顕著な摩擦抵抗低減効果が見られなかったが、粗度の非等方性を考慮して流れ方向に粗度パターンが並行性を持つ様な塗膜面を設定すると、粗度を持つにも関わらず平滑な境界面よりも摩擦が減少することが確認できた。実験及び計算の両者の結果を考慮すると、壁乱流中に発生した乱流渦は初期の二次元的横渦状態では機能性水和型塗料によるすべり速度効果が顕著に働いて摩擦抵抗が減少し、発達した三次元的縦渦構造に対しては、粗度の非等方性と粗度波長の適切な組み合わせにおいては摩擦抵抗が減少することが明らかになった。本研究結果を踏まえて、実船における局所的な塗膜形成方法の最適化や使用する塗料の省エネ効果を推算する手法の開発が期待できる。
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