2022 Fiscal Year Research-status Report
Study on the dissipation mechanism and chemical reaction phenomena of high Schmidt number scalars near the turbulent/non-turbulent interfacial layer
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22K03937
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| Research Institution | Nagoya Industrial Science Research Institute |
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Principal Investigator |
酒井 康彦 公益財団法人名古屋産業科学研究所, 研究部, 上席研究員 (20162274)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久保 貴 名城大学, 理工学部, 教授 (20372534)
岩野 耕治 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20750285)
伊藤 靖仁 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40346078)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 乱流／非乱流界面層 / 高シュミット数スカラ / スカラ散逸機構 / 化学反応現象 / 高シュミット数分子混合モデル / 光ファイバ計測技術 / ラグランジュ粒子法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，乱流／非乱流界面近傍での高シュミット数スカラ量（本研究では具体的なスカラ量として液相中の物質濃度を扱う）の散逸機構と化学反応現象を実験と数値計算により解明し,その結果に基づき，乱流／非乱流界面を含む複雑乱流場に対応できる簡易で汎用性のある確率密度関数法(PDF法:Probability Density Function Method)用のスカラ分子混合モデルを発展させることを目的とする．実験では，申請者らが独自で開発した世界最高分解能の光ファイバ型濃度計測プローブを使用する．また，数値計算ではラグランジュ粒子法や直接数値シミュレーション法によりスカラ分子混合モデルの高精度化を目指している．
上記濃度計測プローブは点計測用であるため，乱流／非乱流界面近傍の濃度分布を計測するには，平均流が必要となる．そこで本年度は，まず周囲流（主流）を持つ軸対称乱流噴流場を生成するための実験装置の製作を行った．具体的には，水槽内にダクトを設置し，その中で一様流と噴流を同時に流すことができる装置を製作した．噴流出口から異なる下流位置でＰＩＶによる速度場計測を行うことで，製作した実験水路内には，自己相似的な乱流噴流場が生成されていることが確認できた．また，高シュミット数（3000程度）の蛍光染料を噴流に混ぜ，染料濃度の計測を上記濃度計測プローブで行うことで，濃度場についても自己相似的となっていることを確認した．さらに，生成した噴流において，乱流と非乱流を高頻度で検出する位置において乱流／非乱流界面の瞬時濃度の計測を行った．取得したデータについては現在解析中である．
上記実験に加え，異なるシュミット数のスカラを含む軸対称乱流噴流場の直接数値シミュレーションを行った．その結果，スカラ濃度変動パワースペクトルには，乱流の減衰性が影響を及ぼすことが明らかとなった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
周囲流を持つ軸対乱流称噴流場を生成する実験装置を完成させ，乱流／非乱流界面近傍における高シュミット数物質の瞬時濃度の計測を実施できたため．さらに，直接数値シミュレーションを実施し，乱流物質混合場に及ぼす乱流の減衰の影響について重要な新規知見が得られたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，当初の計画通り，軸対称乱流噴流場の乱流／非乱流界面近傍において得られた高シュミット数物質の瞬時濃度場の統計量解析を実施する予定である．特に，変動濃度場の微小スケールの構造に着目し，高シュミット数物質の濃度変動が乱流／非乱流界面近傍でどのように散逸するかを明らかにする．さらに，実験で得られたスカラ（物質）散逸機構を組み込んだ分子混合モデルをラグランジュ粒子法に適用し，数値計算による化学反応場の予測精度の向上を目指す．
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| Causes of Carryover |
次年度使用が生じた理由は，参加を予定していた国際学会がオンライン開催となり，そのために計上していた海外渡航旅費が不要となったためである．次年度予算は，データ処理用の高性能計算機等の購入に使用する予定である．
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