2015 Fiscal Year Annual Research Report
回転系振動格子乱流における乱流拡散と渦構造に及ぼす回転効果の解明
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26289034
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
森西 洋平 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40222351)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
玉野 真司 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40345947)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 乱流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
回転系振動格子乱流について，平成２６年度に引き続き，近年構築した大型実験装置を用いた実験，および回転系ナビエ・ストークス方程式による直接数値計算（ＤＮＳ），を実施した．
回転系振動格子乱流の実験は，平成２６年度に実施した回転系からx-z断面（回転軸を含む断面）でのＰＩＶ計測に加え，回転系からx-y断面（回転軸と直交する断面）でのＰＩＶ計測も実施し乱流統計量を算出した．まず，x-z断面およびx-y断面でのＰＩＶ計測結果の比較を通して計測結果の信頼性の確認を行った．乱流統計量については，二次流れの影響が少ないメッシュサイズM = 50 mmに対して，格子振動ストロークS = 40 mm, 格子振動周波数 fg = 2.0 Hz と設定し，タンク回転数 Ω = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30 rpm の条件で詳細な実験を実施し，乱流強度，乱流エネルギー収支，長さスケール，渦度の確率密度分布等に対する回転の効果を調べた．これらの結果については日本機械学会東海支部第６５期総会・講演会で講演発表を行っている．
回転系振動格子乱流のＤＮＳは，平成２６年度に引き続き，ＡＬＥタイプの移動変形格子に拡張された自乗量保存形の差分スキームを使用し，乱流生成格子を差分格子で正確に表現し実施した．計算領域は水平方向（回転と直交する方向）に4M × 4M、回転軸方向に20Mとし，水平方向に周期境界条件，回転軸方向の上下面はすべり無し壁面境界条件とした．使用している計算手法においては圧力ポアソン方程式の解法の計算負荷が高いため，より大規模なＤＮＳを実施するため，特に今年度は圧力ポアソン方程式の解法の高速化の検討を行った．
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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
交付申請書に記載した平成２７年度の研究実施計画に記載した２点，つまり大型装置を用いた回転系振動格子乱流の実験，および自乗量保存形の差分スキームを用いた回転系振動格子乱流のＤＮＳ，について研究を実施した．また，日本機械学会東海支部第６５期総会・講演会にて研究成果を発表している．
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| Strategy for Future Research Activity |
回転系振動格子乱流の実験については，平成２６年度と平成２７年度に実施した実験結果を一旦整理する．そして，現象をより適切に議論するために必要な追加実験を実施し，研究成果をまとめる．
回転系振動格子乱流のＤＮＳについて，平成２７年度に検討した圧力ポアソン方程式の高速解法を導入した計算コードを用い，乱れの大きな条件（格子の振動ストロークSと振動周波数fgが大きな条件）に対する大規模数値計算を実施し，乱流統計量を算出する．さらに，これまでに実施した計算結果と併せて実験結果との比較検討を行い，必要に応じて実験では算出が困難な諸量の算出も行い，回転系振動格子乱流の乱流拡散に及ぼす回転の効果を解明する．
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