2014 Fiscal Year Annual Research Report
液相乱流/非乱流界面におけるラグランジュ的物質混合・反応機構の解明とモデリング
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25289031
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
酒井 康彦 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20162274)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
角田 博之 山梨大学, 総合研究部, 准教授 (10207433)
鈴木 博貴 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10626873)
久保 貴 名城大学, 理工学部, 准教授 (20372534)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 乱流 / 物質混合 / 界面 / 化学反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
年度当初の研究実施計画通り，平成26年度は以下の二つの研究目的に絞って研究を行った．
１．研究目的（A）について： 前年度に引き続き，２次元PIV/LIF同時計測システムを用いて，まず無反応蛍光物質を使用して，格子乱流について，２次元平面内での速度2成分・濃度同時計測を行った．一方，反応濃度場については,２次元噴流について吸光ｽﾍﾟｸﾄﾙ法による吸光ファイバプローブにより，２次の化学反応場（A＋B→R：物質Aを物質Bを含む主流中に放出して反応場を作成する）における各物質濃度の瞬時同時測定を行った．
２．研究目的（B）について：
①ﾗｸﾞﾗﾝｼﾞｭ的PDF法による拡散・反応場の数値計算： 前年度に引き続き，粒子速度に関する確率微分方程式ﾓﾃﾞﾙに加えて，スカラー量に従来の分子混合ﾓﾃﾞﾙを導入し，２次元乱流噴流や格子乱流でのスカラー場と２次の化学反応場の計算を試みた．
②ランダムフーリエモード法を利用した拡散・反応場の数値計算：前年度に引き続き，ランダムフーリエモード法に急激変形理論および分子混合モデルを組み合わせることにより乱流/非乱流界面近傍流れや格子乱流中におかれた円柱まわりのプルームの濃度場・２次の化学反応場を計算する手法について文献調査と計算コードの開発を試みた．
③DNSやLESによるパッシブスカラー場や反応場の数値計算：前年度に引き続き，DNSにより格子乱流の統計的性質を調べた．また，パッシブスカラー場の計算の準備を始めた．なお，多重スケール／フラクタル格子乱流の数値計算を実施した．また，２次元乱流噴流に対して，DNSにより乱流・非乱流界面周りのコヒーレント構造や化学反応場の計算を実施した．さらに，LESとPDFのハイブリッド型PDF法を目指して，LESとラグランジュ的粒子法を組み合わせた計算法を考案し，具体的に２次元噴流乱流拡散・反応場を計算するコードを開発した．
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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
おおむね当初の研究計画どおり研究が進んでおり，「研究実績の概要」で示した１．および２．①～③の研究テーマについて，それぞれ順調に成果が得られつつある．特に，１．のテーマに関する実験的研究として，国内外の学術誌（査読付）に合計６編の論文が出版された．また，2．③のDNSやLESによるパッシブスカラー場や反応場の数値計算に関連して，内外の学術誌（査読付）に，やはり合計６編の論文が出版されている．さらに，これらの研究成果以外にも重要な数値的結果が得られており，現在，流体力学分野の一流国際誌であるPhyscs of FluidsやJournal of Computational Physicsなどに投稿中である．以上より，研究はおおむね順調に進展していると判断される．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は以下の研究を行う．
１．研究目的（A）について：前年度に引き続き，２次元PIV/LIF同時計測システムを用いて，無反応蛍光物質を使用して，格子乱流中の混合層や２次元乱流噴流について，２次元平面内での速度２成分・濃度同時計測を行う．また，ステレオPIVシステムを導入することにより，速度３成分・濃度同時計測を実施すると同時に，ラグランジュ的速度場（３成分）・濃度場の同時計測の準備を行う．一方，反応濃度場についても，前年度に引き続き，吸光スペクトル法による吸光ファイバプローブにより，２次の化学反応場（A＋B→R：物質Aを物質Bを含む主流中に放出して反応場を作成する）における各物質濃度の瞬時同時測定を行い，条件付濃度場解析などを行う．
２．研究目的（B）について：
①ﾗｸﾞﾗﾝｼﾞｭ的PDF法による拡散・反応場の数値計算：前年度に引き続き，２次元乱流噴流や格子乱流での単成分・多成分変動スカラー場と２次の化学反応場（R＋B→S）の計算を行う．また新しい分子混合ﾓﾃﾞﾙの適用を試みる．
②ランダムフーリエモード法を利用した拡散・反応場の数値計算：前年度に引き続き，ランダムフーリエモード法に急激変形理論および分子混合ﾓﾃﾞﾙを組み合わせることにより乱流/非乱流界面近傍流れや格子乱流中におかれた円柱まわりのﾌﾟﾙｰﾑの変動濃度場・２次の化学反応場を計算を試みる．
③DNSやLESによるパッシブスカラー場や反応場の数値計算：前年度に引き続き，２次元乱流噴流に対して，DNSやLESにより速度場・拡散場や２次の化学反応場を計算する．また，新しい試みとして，LESとラグランジュ的粒子法（Lagrangian Particle Method)を組み合わせたハイブリッド計算手法により，無反応拡散場や反応場を計算する．一方，格子乱流やフラクタル格子乱流の速度場やパッシブスカラー場のDNSも行う．
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[Presentation] On Non-Equilibrium Region in Grid Turbulence2014
Author(s)
Kouji Nagata, Teppei Saiki, Yasuhiko Sakai and Yasumasa Ito
Organizer
One-Day Workshop: Turbulence Out of Classical Equilibrium in Nature and Engineering and Multiscale-Generated Flows
Place of Presentation
University Centre of Bertinoro, Italy
Year and Date
2014-09-21 – 2014-09-21
Invited
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[Presentation] Direct and Large Eddy Simulations of Grid turbelence2014
Author(s)
Kouji Nagata, Yi Zhou, Tomoaki Watanabe, Yasuhiko Sakai and Yasumasa Ito
Organizer
JSPS Supported Meeting on Interscale Transfers and Flow Topology in Equilibrium and Nonequilibrium Turbulence
Place of Presentation
University of Sheffield,UK
Year and Date
2014-09-15 – 2014-09-16
Invited
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