2022 Fiscal Year Annual Research Report
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21K20403
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
本告 遊太郎 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (20906911)
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| Project Period (FY) |
2021-08-30 – 2023-03-31
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| 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 |
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| 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。
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