2016 Fiscal Year Annual Research Report
System development and application of a next generation computational fluid dynamics for sports
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26560341
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
浅井 武 筑波大学, 体育系, 教授 (00167868)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小池 関也 筑波大学, 体育系, 准教授 (50272670)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ＣＦＤ / ボール / スポーツ / 流体 / 抗力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度は，平成27年度の研究を基盤に，格子ボルツマン法を用いた数値流体解析を用いて，滑降ダウンヒルレーサーのクラウチング姿勢における風洞実験とCFDの関係を解析した．本研究におけるCFDの結果は，ほぼ妥当な数値解析が行われていたと判断された．これらの流れ場の解析により，流速40 m/sにおけるダウンヒルレーサーモデルの大きなドラッグの，主な発生部位は、頭部，上腕部，下腿部，大腿部（含む臀部）であると考えられた．これにより，次世代スポーツ用数値流体解析システムの妥当性が，ある程度，検証されたと考えられた．
さらに，この数値流体解析システムを，サッカーボールの空力解析に適用した．無回転あるいは低回転で飛翔するボールは，ボールの出だしと後半で軌道が変わる場合が多い．通常のインステップドライブによる軌道（バックスピンによるやや伸びる軌跡）とは異なり，急激に落ちたり，不規則にふらついたりする．本CFD解析により，この不規則なボール軌道を生み出す大きな原因として，ボール後流の支配的渦構造であり，揚力を発現する渦対（a counter rotating vortex pair）の不安定性が考えられた．また，インステップドライブやカーブキックでは，ボール回転の影響で，ボール後流の渦対が安定しており，渦対に伴って発生する揚力の方向も安定していることが推定された．したがって，それに伴い，ボールの軌道も安定し，インステップドライブならやや伸びる軌跡，カーブキックなら綺麗に横方向に曲がる軌跡になると思われた．一方，無回転系ボールでは，ボール後流の渦対が崩壊して逆方向に再構成（Jump）されたり，渦対がボール進行方向軸回りに回転したりして，揚力が急激かつ不規則に変化し，ボール軌跡を落としたり，揺らすことになると推察された．
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