2015 Fiscal Year Annual Research Report
粘弾性流体の壁乱流における二方程式およびレイノルズ応力方程式モデルの構築
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25420131
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
塚原 隆裕 東京理科大学, 理工学部, 講師 (60516186)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川口 靖夫 東京理科大学, 理工学部, 教授 (20356835)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 流体 / シミュレーション工学 / 熱工学 / 乱流モデル / 粘弾性流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，二方程式モデルおよびレイノルズ応力方程式モデルをフレームワークとして，ニュートン流体で開発されてきた各種乱流モデルを粘弾性流体向けに拡張し・構築することを目的としている．これと平行して，直接数値解法に基づくシミュレーション（DNS）や界面活性剤水溶液などを用いた実験により複雑流路における現象解明と乱流統計量のデータベース構築を行い，提案する粘弾性流体用の乱流モデルの高度化を図る．
今年度は，粘弾性流体への適用を目指したレイノルズ応力方程式モデルの修正について，粘弾性寄与項（非線形項）のモデル化の工夫に加えて，レイノルズ応力輸送の再配分にも注目し，粘弾性流体の乱流抵抗低減流れの再現を試みた．再配分に対する粘弾性寄与項のモデル化を導入したことにより，乱れの非等方性の予測に改善が見られた．さらに，DNSデータベースの充実化を図り，粘弾性寄与項（非線形項）のモデルパラメータの修正を行った．これまでに構築した粘弾性流体乱流モデルを，剥離・再付着を伴う2次元流れ「バックステップ流路」の乱流予測で検証するため，OpenFOAMに提案モデルを実装した．
OpenFOAMによるバックステップ流路の解析に対する比較用として，バックステップ乱流のDNSと実験を実施した．ステップ後流に生じる再付着点位置の変化や大きな主流の揺動を発見し，そのメカニズムや揺動発生条件を調査した．特に，主流の揺動については，レイノルズ数の増加に応じて，揺動発生する界面活性剤水溶液濃度も徐々に高く・広くなり，有意な熱伝達特性への変化をもたらすと分かった．
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