壁面振動による流体摩擦抵抗低減とそのメカニズム解明
| Project/Area Number |
13750130
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Field |
Fluid engineering
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
石川 仁 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90311521)
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| Project Period (FY) |
2001 – 2002
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2002)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2002: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2001: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | 流体工学 / 抵抗低減 / 流体摩擦 / 境界層 / 縦渦 / ストリーク / 乱流 / 壁面振動 |
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| Research Abstract |
本研究は、物体の表面(壁面)の一部を流れに対し垂直に振劾させるによって、流体摩擦抵抗を低減すること、およびその抵抗低減メカニズムを解明することを目的としている。
実験は、乱流境界層が十分に発達した平板の一部を、モーターによって駆動されるクランク機構を介して振動させた。振動振幅は5.0〜17.5mm、振動周波数は1〜8Hzである。測定を行った主流速度は2.0m/s、平板前縁からの距離を代表長さとしたレイノルズ数Re_xは1.2x10^5である。抵抗低減の割合は、自作プレストンチューブにより測定した壁面せん断応力から算出した。本研究では、振動する壁面上のせん断応力を測定しなければならないので、壁面貼付式のせん断応力センサーよりも、プレストンチューブによる測定が好都合であった。
実験の結果、振動周波数と振幅がともに大きいほど、摩擦抵抗の大幅な低減が達成された。とくに振幅が15mm、振動周波数が7Hzのとき、最大21%の抵抗低減が可能になった。これはリブレットによって得られる摩擦低減効果(約8%)よりはるかに大きいものである。また、振動周波数の変化よりも、振幅の変化が与える効果のほうが大きいことが明らかになった。
低減低減のメカニズムについては、主流のない振動平板上に発達するストークス層に関連させて考察を行った。ストークス厚さδ^+は次式で定義される。
δ^+=√<2v/ω>
すなわち、振動周波数ωが大きいときにストークス層厚さは薄くなるが、逆に粘性vの彰響、すなわち摩擦抵抗は小さくなるといえる。このことは本研究の振動周波数が大きくなると、摩擦抵抗低減の効果が大きいことに合致した結果である。
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Report
(2 results)
Research Products
(1 results)
