2023 Fiscal Year Annual Research Report
Research on momentum transfer around a rotating cylinder in a flow
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21H01540
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
林 昌奎 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70272515)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 回転円柱 / 運動量伝搬 / 回転比 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
流れ中で回転する円柱または球には流れに対して垂直方向の力(揚力)が働き、完全流体中での揚力は、流れの流速、円柱の回転速度、円柱直径の二乗に比例する。一方、円柱の回転は周りの流体場にも影響を及ぼし、流体中における物体の振動特性を変化させる。回転による流体力の増大と振動特性を変化は、海底掘削を行うドリルパイプの変形を大きくし、ドリルパイプと流体間の共振の発生条件を変化させる。ライザーレス掘削においては、ドリルパイプと流体間の共振を避け、ドリルパイプの変形と振動を一定の範囲内に抑える必要があり、回転による流体力と付加質量の変化を的確に推定することが求められる。本研究では、剛体円柱を用いた水槽実験により、流れ中で回転する剛体円柱に働く揚力・抗力の法線方向流体力、並びに回転円柱が流場に与える影響について調査し、そのメカニズムについて考察した。
1. 法線方向流体力は、流れの流速に対する円柱表面速度の比である周速比がある値になるまでは増加するが、ある値を超えるとほぼ一定の値となる。
2. 揚力の極限値（最大値）と効力の極限値はほぼ同じ値となるが、揚力が極限値に達する周速比は抗力が極限値に達する周速比より小さい。揚抗比は周速比15付近で最大（2.3程度）となり、周速比が大きくなると減少する。
3. 回転が流場に与える影響が十分に発達する高周速比の回転による流場が卓越する領域では、流れのない回転のみの流場特性に近づくが、流れの影響を受けて加速側と減速側で流れの流速を正と負とする非対称な流速分布となり，揚力は作用し続ける。
4. 回転による流場が卓越する領域において、流れによる流速成分は回転による流速成分に吸収されその運動量を失う。失われた流れの運動量は回転円柱に働く効力に相当する。
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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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