2022 Fiscal Year Annual Research Report
Maximization of frictional drag reduction effect by coarseness and fineness distributed bubbles using multiphase turbulent shear stress meter
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20K04255
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大石 義彦 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90617078)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 抵抗低減 / 気泡 / せん断応力 / 省エネルギー技術 / 船舶 / 乱流 / 乱流境界層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
摩擦抵抗低減の解明を目指す研究者はせん断応力を精度よく獲得することが重要である．時空間スケールにおいて個々の気泡や周囲流れが観測可能な高周波応答の流体摩擦の測定が可能となれば，摩擦抵抗を増加させる要因を制御することができる．本研究課題では混相流における高ダイナミックレンジの周波数応答のせん断応力測定法を独自に確立し，壁面摩擦抵抗低減効果を制御された粗密気泡分布で実証することを目的とした．初年度において，【1】コントロールボリュームを考慮した回流チャンネル水槽によるせん断応力測定，【2】異径気泡による乱流摩擦への時間応答性効果の検証し，【3】模型船曳航実験によるせん断応力測定と人工ボイド波による検証とした．
最終年度において，基礎計測法を基に低減持続性に優れた粗密気泡群混入方法を提案することである．本研究課題で提案するレーザーせん断応力計は光ヘテロダイン式の参照ビーム法とダブルビーム法であり，精度の向上について検証が終了している．本年度は本せん断応力計を用いて気泡混入時のせん断応力の計測に成功した．気泡混入時におけるせん断応力は単相流と比べ低減するが，本装置により気泡により7％の摩擦抵抗低減が得られることも確認し，瞬時のせん断応力の変動のみならず平均値でも計測できることを保証した．また，乱流イベントの抽出方法に取り組んだ．条件付きサンプリング法を追加したアルゴリズムを加えることにより，高時間分解能の生かした応力の変動成分の抽出に成功した．レーザーせん断応力計によって取得した時系列データを元に，条件付きサンプリングによる解析手法を採用し，乱流イベントであるハイバネーション現象およびバースト現象の取得に成功した．さらに，気泡注入時における乱流イベントの変化を比較し，それぞれの現象に対して，バースト現象への寄与が高いことがわかった．
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