2021 Fiscal Year Research-status Report
Effect of wall roughness on turbulent structures based on mean vorticity transport equation
| Project/Area Number |
20K04274
|
|---|
| Research Institution | Kindai University |
|---|
Principal Investigator |
亀田 孝嗣 近畿大学, 工学部, 准教授 (70304491)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 乱流 / 壁面せん断流 / PIV |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
令和三年度では，線径0.45mmでメッシュが18と24の網粗面をチャネル上下壁面に強力接着剤で貼り付け，メッシュによる壁面摩擦抵抗係数および速度場（平均速度およびレイノルズ応力）の変化を滑面流との比較から調査した．測定は有効チャネル高さとチャネル中心流速に基づくレイノルズ数が2000～5000の範囲で行われた．
【壁面摩擦抵抗係数】
壁面摩擦抵抗係数は，十分発達した流れ方向範囲で下流方向に約800mm離れた二点の壁面静圧孔で取得された圧力降下量から算出された．レイノルズ数2000では滑面・網粗面ともに壁面摩擦抵抗係数は良好に一致し，粗面の影響はみられない．レイノルズ数が2000を超え，4000未満では，網粗面の結果は滑面の結果に比べ大きくなるが，メッシュによる差はみられない．レイノルズ数が4000を超えると，メッシュによる差がみられるようになり，メッシュ18が24よりも大きくなる．
【速度場】
対数速度分布から評価される粗さ関数（滑面流の対数領域からの下方への移動量）は，網粗面による壁面摩擦抵抗係数に対応して変化する．乱れ強さ分布の最大値も壁面摩擦抵抗係数に対応して変化する．壁近傍を除いたせん断応力分布の高さ方向勾配値から算出された壁面摩擦抵抗係数は圧力降下量による壁面摩擦抵抗係数と良好に一致していた．壁近傍では網を黒色に塗布し，レーザー光の反射を抑えるようにしたが，粒子画像にはレーザー光の反射像が含まれていた．そのため，誤ベクトルが生じて良好な解析データを取得することができなかった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
メッシュによる流れの変化を定量化するためには網粗面近傍のデータが必要であるが、令和二年度の計測実施の結果，網によるレーザー光反射の影響がみられたため，変動渦度・変動速度相関値の評価ができなかった．さらに，実験に使用する網として三種類使用する予定であったが，メッシュ8の金網の平板への接着に時間を要したため，二種類の網粗面の実験に留まった．
以上を勘案し，やや遅れていると判断した．
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度では，(1)昨年度実施できていないメッシュ8の網粗面を使用した壁面摩擦抵抗係数の評価と(2)壁近傍で誤ベクトルを抑制させるために，光の吸収率が高い塗料を塗布したメッシュ8，18および24の網粗面でのPIV計測を実施する．計測されたデータを利用して，以下の事柄に着目してデータ整理を行う．
(1)CADによる網粗面形状データを作成し，粗さ分布の統計量（尖度や歪度等）の評価．
(2)平均速度分布および壁面摩擦抵抗係数から粗さ関数や等価砂粒径の評価．
(3)平均速度勾配，乱流による運動量およびエネルギ輸送に係わる諸量（変動渦度・変動速度相関や変動速度相関）の評価．
上記の評価項目から，網粗面幾何特徴量と渦構造の関係，渦構造の形態差や強さと対数速度分布（粗さ関数や等価砂粒径）との関係を調査し，総括を行う．
|
