2017 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamics of interactions between thermodynamic properties and wall turbulence in supercritical fluids and quantification of uncertainty
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26709066
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
河合 宗司 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40608816)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 航空宇宙流体力学 / 数値流体力学 / 流体工学 / 超臨界流体 / 不確かさの定量化 / 乱流境界層 / 実在流体 / DNS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度となる本年度は、構築してきた超臨界圧・空間発展遷臨界平板乱流境界層のDNSデータベースを用いて、強い実在流体効果（特にわずかな温度変化で非線形的に急激に変化する密度）と壁乱流との相互干渉メカニズムの詳細を、乱流統計量や乱流渦構造などから多角的に明らかにした。本研究を通して構築したDNSデータベースは、境界層内で平均的な熱力学物性や輸送係数が変化するのに加え、その変動量も大きく変化する特徴を有し、研究代表者の知る限り世界で初めての超臨界圧・遷臨界平板乱流境界層DNSデータベースとなっている。本DNS解析により得られた研究成果は、国際学術雑誌へ論文を投稿中である。また加えてRANSモデリングの観点からも本DNSデータベースの解析を実施した。DNSで得られた乱流エネルギーバジェットから、乱流質量流束項が大きな値を持つことや、その乱流質量流束は壁近傍の低速ストリーク構造に起因するエジェクションと実在流体効果との干渉から発生することを明らかにした。このDNS解析結果を基に、RANS乱流渦粘性モデルにおける乱流エネルギー輸送方程式において、乱流質量流束項を密度の勾配拡散近似に基づきモデル化することを提案した。また乱流プラントル数についても、境界層内で熱力学物性が変化する場合の温度に対する壁法則を理論的に導き、そこから乱流プラントル数を推定する方法を提案している。これら本提案により、従来のRANSモデルでは予測精度が急激に悪化していた超臨界圧・乱流境界層に対して、高精度に予測可能なRANSモデルの提案に成功している。現在、RANSモデリングに関する本研究成果に関しても、国際学術雑誌への投稿論文を執筆中である。以上一連の研究成果により、デルフト工科大学からの招待講演を受け、日本流体力学会誌「ながれ」の特集号への掲載にも選定されている。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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