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2022 Fiscal Year Annual Research Report

秩序渦の階層から紐解く乱流輸送現象とその予測

Research Project

Project/Area Number 21K20403
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

本告 遊太郎  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (20906911)

Project Period (FY) 2021-08-30 – 2023-03-31
Keywords乱流 / 壁乱流 / 乱流輸送 / 秩序構造 / 渦 / 固体粒子 / 直接数値シミュレーション
Outline of Annual Research Achievements

最終年度である2022年度も、発達した壁乱流中での固体粒子の輸送現象に焦点をあて研究を遂行した。具体的には、乱流中の最小渦よりも小さい球状の粒子が、平行平板間乱流中でどのように輸送されるかを直接数値シミュレーションにより調べた。乱流中には、大小さまざまな渦の階層が秩序だって存在するが、本研究では、こうした秩序渦の階層に着眼して粒子の輸送現象を調べた。とくに今年度は、流体よりも重い粒子および軽い粒子の数値シミュレーションを実施し、流体に対する粒子の速度緩和時間と同程度の旋回時間をもつ渦が、その粒子の輸送現象に重要な役割を果たすことを示した。(1)重い粒子は、粒子の緩和時間と同程度の旋回時間をもつ渦の中心から掃き出され、その渦の周りに粒子クラスタをつくる。(2)一方、軽い粒子は、緩和時間と同程度の旋回時間をもつ渦の中心に集積する。言い換えれば、壁乱流中には、壁からの高さに応じて、維持機構が質的に異なる渦が存在するが、その維持機構にかかわらず、渦の旋回時間が粒子クラスタの形成を決める。

さらに今年度は、有限の大きさをもつ粒子と乱流の相互作用に関する研究にも着手した。(1)と(2)の研究では考慮できなかった、乱流によって輸送される粒子が、翻って乱流をどのように変調させるのかを調べた。とくに、粒子による乱流エネルギーの低減現象に注目し、粒子直径や質量密度を系統的に変えた数値シミュレーションを実行することで、壁乱流のエネルギー低減の物理機構を明らかにした。また、温度や濃度といったパッシブスカラーが乱流中でどのように移流拡散するかも、乱流中の渦の階層とスカラー変動の階層に基づいて調べた。昨年度よりも、高いレイノルズ数の乱流の数値シミュレーションを実行することで、スカラー変動の階層の形成過程が、昨年度より明確になった。

  • Research Products

    (14 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] カールスルーエ工科大学(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      カールスルーエ工科大学
  • [Journal Article] Role of the hierarchy of coherent structures in the transport of heavy small particles in turbulent channel flow2022

    • Author(s)
      Motoori Yutaro、Wong ChiKuen、Goto Susumu
    • Journal Title

      Journal of Fluid Mechanics

      Volume: 942 Pages: A3

    • DOI

      10.1017/jfm.2022.327

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 開水路流れに置かれた物体により変形する自由表面の測定2023

    • Author(s)
      畦崎凜,藤嶋歩里, 江田駿介, 本告遊太郎, 後藤晋
    • Organizer
      日本機械学会 関西学生会2022年度学生員卒業研究発表講演会
  • [Presentation] 高分子の添加による乱流低減の解明に向けた連続体数値シミュレーション2023

    • Author(s)
      鈴木雅大,本告遊太郎,後藤晋
    • Organizer
      日本機械学会 関西学生会2022年度学生員卒業研究発表講演会
  • [Presentation] 格子ボルツマン法を用いた液滴分裂の数値シミュレーション2023

    • Author(s)
      中野元大,本告遊太郎,後藤晋
    • Organizer
      日本機械学会 関西学生会2022年度学生員卒業研究発表講演会
  • [Presentation] バイパス遷移境界層における乱流エネルギー輸送の解析2023

    • Author(s)
      林真史,本告遊太郎,後藤晋
    • Organizer
      日本機械学会 関西学生会2022年度学生員卒業研究発表講演会
  • [Presentation] 高分子溶液の乱流のミクロ-マクロハイブリッド数値シミュレーション2023

    • Author(s)
      増田颯人,本告遊太郎,後藤晋
    • Organizer
      日本機械学会 関西支部第98期定時総会講演会
  • [Presentation] 自由表面を有する一様流中の物体に作用する流体力の測定2023

    • Author(s)
      藤嶋歩里,江田駿介,畦崎凜,本告遊太郎,後藤晋
    • Organizer
      日本機械学会 関西支部第98期定時総会講演会
  • [Presentation] Role of the hierarchy of coherent structures in the transport of solid particles in turbulent channel flow at high Reynolds numbers2022

    • Author(s)
      Yutaro Motoori, Susumu Goto
    • Organizer
      Twelfth International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP12)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 壁乱流中における固体粒子分布の秩序構造による記述2022

    • Author(s)
      本告遊太郎,後藤晋
    • Organizer
      日本機械学会2022年度年次大会
  • [Presentation] 乱流中の渦の階層とスケール間エネルギー輸送2022

    • Author(s)
      本告遊太郎,後藤晋
    • Organizer
      日本流体力学会年会
  • [Presentation] 粒子の添加による壁乱流の変調現象2022

    • Author(s)
      本告遊太郎,後藤晋
    • Organizer
      日本機械学会第100期流体工学部門講演会
  • [Presentation] 発達した乱流中におけるパッシブスカラーの階層構造2022

    • Author(s)
      本告遊太郎,沖田和也,後藤晋
    • Organizer
      第36回数値流体力学シンポジウム
  • [Presentation] 渦と非球形粒子の相互作用2022

    • Author(s)
      安房井英人,藤木優太朗,本告遊太郎,後藤晋
    • Organizer
      第36回数値流体力学シンポジウム

URL: 

Published: 2023-12-25  

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