2019 Fiscal Year Annual Research Report
Three-dimensional wake control of a finite-length cylinder with a hint of biological wing structures
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19J20739
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
李鹿 博華 山形大学, 大学院理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 低アスペクト比円柱 / 流れ制御 / 三次元後流 / 流体抵抗 / Tomographic PIV / 3次元渦構造 / アーチ渦構造 / 三次元ウェーブレット変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、低アスペクト比円柱が誘発した三次元後流を制御する技術の研究を目的とし、三次元マルチスケールの渦構造と流体抵抗との関係を解明することを目的とする。昨年度は以下のように研究を行った。
(1)本研究で使用したモデルは、平板上に置かれたアスペクト比1の円柱である。次の三種類の円柱を用いた。先端面と後方を貫通する傾斜穴を設けた円柱、円柱前方と後方を貫通する水平穴を設けた円柱、前方と先端面を貫通する傾斜穴を設けた円柱である。穴の直径d = 10mmの円柱に対して穴の高さをh = 20mm, 35mm, 50mmと変化させた。
(2)回流水槽の流速0.16m/sにおいて、穴ありと穴なし円柱の周りの流れ場に対して、４台の高解像度カメラ（6600x4400 pixel2）を用いてTOMOPIVを行い、三次元後流の瞬時速度場を計測した。撮影領域は250x140x100 mm3で、空間分解能は0.06mm/Pixelであった。本実験は中国北京航空航天大学の流体力学研究所で行った。
(3)Tomo-PIVの計測画像データの再構成の処理を行い、三次元後流の瞬時速度場を計算し、3次元渦構造を抽出した。穴の高さおよび位置などと三次元はく離領域の形状や渦構造との関係を明らかにした。三次元の流れ構造を解明した。
(4)三次元Tomo-PIV計測における通常円柱の三次元後流構造について分析した。円柱の後流においては、アップウォッシュとダウンウォッシュにより発生した３次元W形アーチ渦構造が新たに発見された。そのアーチ渦構造の頭部形状は、円柱のアスペクト比によるものだけでなく、円柱直径にも関連していることがわかった。また、三次元ウェーブレット変換のレベル1は、瞬時のＷ型アーチ渦と流れ方向の渦を抽出することができた。中スケールのアップウォッシュ渦が、Ｗ型のアーチ渦を形成するのに不可欠な役割を果たすこともわかった。
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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
（１）中国北京航空航天大学の協力でTomographic PIV 計測実験を行ったため、予定通りに進めた。
（２）３台のパソコンで並列に計算を行ったために、大量の計測画像データを短時間で処理でき、三次元の速度場を計算した。
（３）高解像度三次元Tomographic PIV 計測であるため、三次元流れの詳細構造を解析できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
円柱モデルの三次元後流の渦構造は多重スケールのため、時間―周波数―空間において三次元横・縦渦の構造や渦励振などを定量的に解明し、流れのエネルギーの分布・消散を明らかにする必要がある。今年度では、三次元ウェーブレット変換に基づいて、周波数―空間―時間において三次元速度・渦度を解析し、各スケールの流れのエネルギー分布と渦発生の関係を定量的に解明する。
（１）高精度Tomographic PIV計測で得られた三次元の瞬時速度場に対して、三次元ウェーブレット変換により、周波数―空間―時間において三次元マルチスケールの後流構造を解明し、流体抵抗を支配する三次元渦構造を抽出する。
（２）高精度Tomographic PIVで計測した三次元の瞬時速度場について、最新な渦判別法を用いて、三次元マルチスケールの渦構造と流体抵抗との関係を解明する。
（３）研究結果をまとめて発表する。
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