2020 Fiscal Year Research-status Report
Turbulence multi-scale interaction based on global stability of unsteady / nonequillibrium flow
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19K14880
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
焼野 藍子 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (30634331)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 乱流 / 流体制御 / 安定性解析 / 境界層 / 遷移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
流体工学の課題の中で，乱流場のマルチスケールな秩序構造の生成や散逸の相互機構は，未解明な点が多く残されている．申請者のこれまでの研究で，時空間的に大スケール変動に重畳する小スケールの渦の，特徴的な振る舞いが観察されるが，どのような理論で説明されるか詳細はわかっていない．そこで本研究では，マルチスケール変動の非線形効果を考慮した，非定常/非一様流れの大域的安定性解析を実施，乱流の秩序構造の生成機構とそれらの相互作用の理論的解明を目指す．申請者は特に，従来手法による直交モードの安定性だけでなく非直交モードによるエネルギー過渡増幅にも焦点をあて，実際の渦生成との関連を調査する．申請者はこれまでに，非線形効果としてレイノルズ応力の渦粘性近似を取り入れた解析を実施，チャネル流では壁近傍の小さな粘性スケール構造だけでなく大規模構造の生成も過渡増幅が重要な役割を果たしている可能性を示した．今後，より洗練された時空間変動の非線形効果を安定性解析に取り入れることで，先駆けた知見の取得に挑戦する．
当該年度は，振動制御影響により変化したレイノルズ応力を渦粘性近似し，直接安定性解析に取り入れた．斜めのストリークモードの最適な成長は，振動制御影響により強化され，元のストリークモードの成長は弱まり，直接数値計算での様子とよく一致する結果となった．しかし，摩擦抵抗低減が最もなされる周期において，ストリークの成長率が最も弱まったということではなかった．これまでの結果より，摩擦抵抗低減制御メカニズムは，本研究の内容である線形ストリークの生成だけでなく，非線形の流れ方向の渦の修正，および壁乱流の再生サイクルにおけるそれらの相互関係に依存していると考えられる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2020年2月に妊娠し，10月末に出産，8月末~12月末まで産休を取得していた． 2020年2月ごろからコロナ感染症の流行のため，日本から海外へ渡航ができない状態が続いており，国際共同研究の実施に支障が出ている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，これまで構築した安定性解析プログラムにより，流れの基本流に適用，実際の流れ場との比較を行う．非線形効果であるレイノルズ応力の線形近似によるモデルがうまく合わない場合は，従来の渦粘性近似の形を用いて，時空間分布する位相変動の速度勾配から算出し与える方法を試す．スパン方向壁振動制御においては，非定常流れ場のレイノルズ応力を壁面振動のパラメータから推定している関係式をもとにして与える．これにより非直交モードの過渡増幅率に与えるレイノルズ応力の影響を明らかにし，チャネル全体の乱流エネルギーの大幅低減をもたらす機構を解明する．高レイノルズ数チャネルにおいては，短時間で発達する小スケールのストリークに由来する変動の非線形効果を取り入れ，直接安定性解析を実施する．それにより高レイノルズ数域で観察されるチャネル幅スケール大規模構造の生成機構を説明する．亜臨界レイノルズ数チャネルでは，乱流スポット周り空間分布する基本流と非線形効果を取り入れた大域的安定性解析を実施し，斜め方向モードの成長率を算出，斜め状に発達する乱流大規模構造の生成機構を，非直交モードの過渡成長と関連づける．
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| Causes of Carryover |
2020年2月に妊娠，10月末に出産，産休を8月末から12月末まで取得した．１月から3月は，コロナ感染症予防のためテレワークをしながら，家で育児を行なったため，研究費の支出が延期になった．また，コロナ感染予防のため，海外渡航ができず，旅費の使用が延期になった．
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