2023 Fiscal Year Annual Research Report
Control of turbulence by additives: principles in terms of the hierarchy of coherent structures
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20H02068
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
後藤 晋 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (40321616)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
犬伏 正信 東京理科大学, 理学部第一部応用数学科, 准教授 (20821698)
本告 遊太郎 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (20906911)
大槻 道夫 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (30456751)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 乱流 / 乱流変調 / 秩序構造 / 数値シミュレーション / 室内実験 / 高分子 / 界面活性剤 / 混相流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
数値シミュレーション研究に関しては、以下の成果を得た。（Ｓ１）粒子添加による周期箱乱流の低減現象に関して、低減が起こる条件や低減率に関する知見をさらに深めた。とくに粒子形状が乱流変調に与える影響を調べ、同じ等価直径とストークス数であれば、アスペクト比が大きな粒子ほど低減効果が大きいことを示し、その物理機構も明らかにした。（Ｓ２）粒子の添加が平行平板間乱流に与える影響を調べ、乱流低減の物理機構を明らかにした。（Ｓ３）界面活性剤の添加による乱流変調に関しては、ミクロ描像を明らかにするために粗視化分子動力学シミュレーションを進め、紐状ミセルの切断や配向に関する知見をさらに深めた。（Ｓ４）高分子の添加による乱流変調に関しては、ダンベルモデルを用いた周期箱乱流の一方向結合シミュレーションを進め、ダンベルの伸長と配向の緩和時間依存性を明らかにした。さらに、二方向結合シミュレーションも実行し、乱流変調が起こる流れのスケールが局所緩和時間で整理できることを示した。（Ｓ５）構成則を用いた高分子を添加した乱流の数値シミュレーションも実行し、変調のワイゼンベルグ数依存性が（Ｓ４）と整合的であることを示した。
実験研究に関しては、以下の成果を得た。（Ｅ１）前年度に構築した「４本の平行な円柱が互い違いの方向に回転する乱流生成装置」を使った実験を進めた。界面活性剤の添加した場合に、その添加濃度に応じて乱流変調の様子が変化する様子を確かめた。乱流中の小スケールの渦より低減が起こる様子が、（Ｓ４、Ｓ５）の数値シミュレーション結果と整合的であることを示した。（Ｅ２）回流水槽を用いた室内実験を遂行し、（前年度に発見した）界面近傍に置かれた物体周りの流れの双安定状態に関する知見を深めた。これは添加物による乱流変調現象ではないが、当研究課題の遂行を通じて見出された混相乱流に関する新しい研究の展開として重要である。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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