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低レイノルズ数チャネル流れの乱流熱伝達における直接数値シミュレーション

Research Project

Project/Area Number06J00081
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Thermal engineering
Research InstitutionTokyo University of Science
Research Fellow 塚原 隆裕  Tokyo University of Science, 総合研究機構・ホリスティック計算科学研究センター, 特別研究員(PD)
Project Period (FY) 2006 – 2007
Project Status Completed(Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost : ¥1,900,000)
Fiscal Year 2007 : ¥900,000 (Direct Cost : ¥900,000)
Fiscal Year 2006 : ¥1,000,000 (Direct Cost : ¥1,000,000)
Keywords熱工学 / 流体 / 乱流
Research Abstract

大規模な直接数値シミュレーション(DNS)を用いて,層流-乱流間の遷移域を含む低レイノルズ数での平行平板間流れ(チャネル流れ)の解析を実施した.特に,熱流動特性に有意な影響を与える大規模な間欠性(パフ)の構造解析を行った.また,パフ発生の実証を得るために,チャネル水路を構築し,可視化実験を行い,パフの発生条件(レイノルズ数等)をDNSと比較検討し,チャネル流中のパフが,DNSと実験で同程度のスケールと形状を有して発生することを確認した.乱流を維持し得る臨界レイノルズ数は,バルクレイノルズ数で約1500,パフが現れるバルクレイノルズ数域は1500〜2800であった.乱れが間欠的となるレイノルズ数域を知り得たことで,信頼性の高い熱交換器の設計,冷却材の必要流量の推定などの向上が期待できる.また,臨界レイノルズ数の決定は,流体力学の安定性問題において,重要な指針を与えるものである.
また,チャネル乱流において異なる速度境界条件(クエット流れ)の実験を行い,回転(コリオリ効果)の影響下にあるときの安定性問題に取り組んだ.レイノルズ数と回転パラメータの変化により,乱流に遷移(不安定化)や逆遷移(安定化)が起こり,特徴的なセル構造の発生が観察できた.本研究ではその流れの状態と構造の分類を行った.回転系のチャネル流における流動特性が,コリオリ効果により大きく変化することを見出し,同流れ場におけるDNSも実施して,ダイナミクスの理解を進めた.得られた知見は,回転系の流れ場,例えば地球大気の流れや,タービン内などの回転流の理解に寄与する.
これらの知見について広く国内外に公知し,専門的な意見を交換するため,本研究結果を国際会議や学術雑誌に投稿,もしくは執筆中である.

Report

(2results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report

Research Products

(15results)

All 2007 2006 Other

All Journal Article Presentation Remarks

  • [Journal Article] 乱流熱伝達を伴うクエット流れにおける大規模構造2007

    • Author(s)
      塚原 隆裕, 岩本 薫, 河村 洋
    • Journal Title

      Thermal Science & Engineering(日本伝熱学会論文集) 15(3)

      Pages : 152-162

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 平面クエット乱流にみる大規模構造と縦渦対に関する研究2007

    • Author(s)
      塚原 隆裕, 岩本 薫, 河村 洋
    • Journal Title

      第56回理論応用力学講演会 講演論文集

      Pages : 253-254

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] DNS of Heat Transfer in a Transitional Channel Flow Accompanied by a Turbulent Puff-like Structure2006

    • Author(s)
      T.Tsukahara, K.Iwamoto, H.Kawamura, T.Takeda
    • Journal Title

      Turbulence, Heat and Mass Transfer 5(eds.K.Hanjalic, Y.Nagano, S.Jakirlic)(CD-ROM付き)

      Pages : 193-196

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Effect of large-scale structures upon near-wall turbulence2006

    • Author(s)
      Iwamoto, K., Tsukahara, T., Nakano, H., Kawamura, H.
    • Journal Title

      Proceedings of IUTAM Symposium "Computational Physics and New Perspectives in Turbulence"

      Pages : 16-17

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] DNS of turbulent heat transfer in plane Couette flow2006

    • Author(s)
      S.Hane, T.Tsukahara, K.Iwamoto, H.Kawamura
    • Journal Title

      International Heat Transfer Conference 13 (CD-ROM)

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] チャネル乱流内の流体線伸長における非等方性2006

    • Author(s)
      塚原 隆裕, 河村 洋, 岩本 薫
    • Journal Title

      日本流体力学会年会2006講演論文集(CD-ROM付き)

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] 乱流熱伝達を伴う平行平板間クエット流れの数値シミュレーション2006

    • Author(s)
      羽根 将吾, 塚原 隆裕, 岩本 薫, 河村 洋
    • Journal Title

      第43回日本伝熱シンポジウム講演論文集(CD-ROM付き)

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] 壁乱流における流体線の伸長2006

    • Author(s)
      塚原 隆裕, 河村 洋, 岩本 薫
    • Journal Title

      数理解析研究所 講究録1496「混合,化学反応,燃焼の流体力学」

      Pages : 144-150

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Presentation] Turbulent heat transfer in a channel flow at transitional Reynolds numbers2007

    • Author(s)
      Tsukahara, T. and Kawamura, H.
    • Organizer
      First Asian Symp. on Computational Heat Transfer and Fluid Flow
    • Place of Presentation
      Xi'an, China
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Evolution of material line in turbulent channel flow2007

    • Author(s)
      Tsukahara, T., Iwamoto, K. and Kawamura, H.
    • Organizer
      Fifth Int. Symp. on Turbulence and Shear Flow Phenomena
    • Place of Presentation
      Munich, Germany
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] POD analysis of large-scale structures through DNS of turbulent plane Couette flow2007

    • Author(s)
      Tsukahara, T., Iwamoto, K. and Kawamura, H.
    • Organizer
      Eleventh EUROMECH European Turbulence Conference
    • Place of Presentation
      Porto, Portugal
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 遷移レイノルズ数域の平行平板間流れにおける乱流熱伝達のDNS2007

    • Author(s)
      塚原 隆裕, 河村 洋
    • Organizer
      第44回日本伝熱シンポジウム講演論文集, Vol.2
    • Place of Presentation
      長崎
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Remarks] 所属研究機関

    • URL
      http://www.rs.noda.tus.ac.jp/~holcs/index.html
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Remarks] 所属研究機関

    • URL
      http://muraibm.me.noda.sut.ac.jp/
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Remarks] データベース

    • URL
      http://murasun.me.noda.tus.ac.jp/db/
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      2007 Annual Research Report

URL :

Published : 2006-04-01   Modified : 2016-04-21  

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