2022 Fiscal Year Research-status Report
| Project/Area Number |
20K04294
|
|---|
| Research Institution | Kansai University |
|---|
Principal Investigator |
板野 智昭 関西大学, システム理工学部, 教授 (30335187)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 球面クエット流れ / 乱流遷移 / 数理モデル / 実験流体力学 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、数値計算と実験の両面から球面クエット流の乱流遷移の過程を明らかにすることである。実験面の実績は、これまでの期間を使って組み立てられてきた実験装置において、アルミフレークが混入したグリセリン溶液を用い基本流からスパイラル状態の流れへの遷移を観測することができたことである。システムのパラメターサーチには、レイノルズ数やエクマン数に加えて、球面のアスペクト比がある。新たに作り直した球状容器を使ってこれまで調べたてきたのとは異なるアスペクト比における遷移レイノルズ数を調べることができた。また、これまでは内球のみ回転するシステムを主に調査してきたが、外球を回転させコリオリ力が働いた場合のパラメタサーチを年度末から行いはじめた。
理論面での進捗は、ニュートン法により求められたナビエストークス方程式の流れの数値解において、流れの中を運動する擬似アルミフレーク状微小粒子の並進運動と回転運動を数値的に再現することができるようになったことである。事前に、２次元平面内で剪断を有する時間的に変動する流れを考え、その流れの中を運動する擬似アルミフレーク状微小粒子の運動の数値計算を行った。得られた数値解が厳密解と一致することが確認できたので、同じ計算スキームを使って、球面クエット流のスパイラル状流れの中を運動するフレークの運動を解析し、カメラがとらえる光の強度分布を再現した。実験と理論で得られた可視化結果を比較し、良好な一致が確認できた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
出来上がった装置を使って球面クエット流の実験を繰り返し行ってきたが、導入した高精度トルクメータを用いた遷移の測定では、内球が流体から受けるトルクが、ベアリング等を介した機械的摩擦由来のトルクに比べ現状のアスペクト比の剪断流れのトルクは相対的に小さく、遷移の測定が正確に行えないことが問題となっていた。現有の装置では、シャフトの芯出しが不完全なことも実験上の問題点として挙がっていたが、問題を克服するためのシャフトの芯出しの工夫に伴うベアリングを含む装置部品の切削加工が技術的に困難なことから、装置の改良案に半年ほどの間苦慮していた。年度後半から装置の芯だしの問題点を一つずつ洗い出し、業者から装置に見合ったベアリングホルダーの推薦を受けるなどして、年度末に新たな軸受け装置を設計することができた。新たに行った設計案に基づき、年度をまたいでシャフトや外球容器等の発注を行っている。新たな装置が整えば、回転角速度を大幅に増加した状態で実験を行うことができるようになり、遷移に伴うトルクの不連続的な変化もトルクメータで捉えることができると期待されている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
現有の実験装置は、回転部のシャフトの芯だしが測定の精度を左右する一番の肝であるとして克服すべき検討課題となっていた。業者から推薦を受けたベアリングホルダー等を組み入れ、今後は新たに設計を行った実験装置を導入し、これまでよりも広いパラメタ領域（レイノルズ数・エクマン数）で実験を行う予定である。装置の新調に伴い製作依頼予定の外球容器についても、流れの可視化に用いる光学系の角度を勘案して設計しなおし、遷移後に現れるスパイラルパターンをもつ流れの可視化ができるようにし、引き続き数値計算結果との比較を行いたい。また、内球をパンケーキ状の楕円体に変更して、内球が真球の場合に比べた時の遷移の変化について、今後取り組む予定である。以上について、できるだけ早い期間に論文等で発表を行う予定である。
|
| Causes of Carryover |
回転部のシャフトの芯だしが測定の精度を左右する一番の肝であるとして克服すべき検討課題となっていたが、加工上の障壁から、装置の設計・新調に時間を要した。今後新たに設計を行った実験装置を導入し、これまでよりも広いパラメタ領域（レイノルズ数・エクマン数）で実験を行うことを計画している。装置の新調に伴い製作依頼予定の外球容器についても、流れの可視化に用いる光学系の角度を勘案して設計しなおし、遷移後に現れるスパイラルパターンをもつ流れの可視化ができるようにし、引き続き数値計算結果との比較を行いたい。また、内球をパンケーキ状の楕円体に変更して、内球が真球の場合に比べた時の遷移の変化について、今後取り組むことを計画している。
|
Research Products
(5 results)
