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Fundamental study on transport phenomena on jets toward their control by streamwise vortices

Research Project

Project/Area Number 20K04264
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 19010:Fluid engineering-related
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

Ito Yasumasa  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40346078)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 酒井 康彦  公益財団法人名古屋産業科学研究所, 研究部, 上席研究員 (20162274)
岩野 耕治  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20750285)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
KeywordsJet / Mixing / Diffusion / Control / 噴流 / 数値シミュレーション / 強化学習 / 混合拡散制御 / 熱物質輸送 / 矩形噴流 / 乱流 / 乱流エネルギー減衰 / 実験
Outline of Research at the Start

本研究では,ヴォルテクスジェネレータの設置や旋回の利用を提案した噴流制御法の開発を目的とする.いずれの場合にも鍵となる要素の一つは縦渦であるが,初期条件・境界条件により流れの形態が簡単に遷移するため,それらの流動構造や制御法の有効性は限られた条件下でしか解明されていない.そこでPODやDMDにより流動構造を低次元化・要素化し,機械学習を利用することにより,上記の噴流現象の理解および付加エネルギを必要としないパッシブな噴流制御法の最適化指針の確立を目指す.室内実験および数値シミュレーションを併用することで,信頼性を確保したうえで様々な条件下の流れを効率よく再現する.

Outline of Final Research Achievements

The research aimed to elucidate the fundamental structure of turbulent flows centered around jets and control the mixing and diffusion through innovative design of the initial velocity distribution of the jet. The study primarily relied on numerical simulations. Specifically, it aimed to reveal the turbulent energy and scalar transport mechanisms across vortex scales in quasi-uniform isotropic turbulence and shear turbulent flows. The research also involved jet control using vortex generators and optimal control of the initial jet velocity distribution through deep reinforcement learning.
The results identified desirable initial velocity distributions for promoting or suppressing mixing and diffusion in jets. Furthermore, the physical mechanisms behind them were elucidated.
Overall, the research contributed to the understanding of turbulent flows and provided insights into controlling mixing and diffusion.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

噴流はエンジン,エアコンなど幅広い流体機器にみられる現象であり,その基礎構造の解明および最適化は,高エネルギー効率・低環境負荷機器の開発に不可欠である.本研究では最も一般的な噴流制御手法である初期流速分布の最適化に焦点を当て,それにより引き起こされる縦渦など二次流れを利用した噴流制御法の最適化を行った.本研究より,初期流速分布を特殊な形状とすることで,通常の噴流とは大きく異なる統計的性質を有する噴流が形成されることが明らかになった.これは従来では実現が困難であった特性を有する噴流の実現可能性を示しており,今後の工学応用が期待される.

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Scale-by-scale Analysis of Interscale Scalar Transfer in Grid Turbulence with Mean Scalar Gradient2023

    • Author(s)
      Wang Muyang, Yurikusa Takuya, Sakai Yasuhiko, Iwano Koji, Ito Yasumasa, Zhou Yi and Hattori Yuji
    • Journal Title

      Physics of Fluids

      Volume: 35 Issue: 4 Pages: 045153-045153

    • DOI

      10.1063/5.0145314

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Interscale transfer of turbulent energy in grid-generated turbulence with low Reynolds numbers2022

    • Author(s)
      Wang Muyang、Yurikusa Takuya、Sakai Yasuhiko、Iwano Koji、Ito Yasumasa、Zhou Yi、Hattori Yuji
    • Journal Title

      International Journal of Heat and Fluid Flow

      Volume: 97 Pages: 109031-109031

    • DOI

      10.1016/j.ijheatfluidflow.2022.109031

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Momentum Diffusion Near Jet Exit in a Round Jet Controlled by Half Delta Wing Tabs2020

    • Author(s)
      Yasumasa Ito, Kosuke Naganawa, Yasuhiko Sakai, Koji Iwano
    • Journal Title

      Flow, Turbulence and Combustion

      Volume: 105 Issue: 3 Pages: 715-734

    • DOI

      10.1007/s10494-020-00129-x

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 平均スカラー勾配を伴う流れ場におけるスカラーカスケード機構2022

    • Author(s)
      汪沐陽・百合草拓哉・岩野耕治・酒井康彦・伊藤靖仁
    • Organizer
      第36回数値流体力学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Inter-scale transfer of passive scalar in grid turbulence2022

    • Author(s)
      Wang Muyang, Yurikusa Takuya, Sakai Yasuhiko, Iwano Koji and Ito Yasumasa
    • Organizer
      12th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 噴流の混合拡散に対する深層強化学習を用いた初期流速分布最適化2022

    • Author(s)
      林祐介,岩野耕治,伊藤靖仁
    • Organizer
      日本流体力学会年会2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 噴流の熱拡散抑制を目的とした深層強化学習による最適条件の同定2022

    • Author(s)
      林祐介,岩野耕治,伊藤靖仁
    • Organizer
      第36回数値流体力学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 噴流の混合拡散抑制を目的とした深層強化学習による初期流速分布最適化2022

    • Author(s)
      林祐介,岩野耕治,伊藤靖仁
    • Organizer
      第72期日本機械学会東海支部講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] タブによる円形噴流の混合拡散制御に関する直接数値計算2022

    • Author(s)
      奥村竜也,岩野耕治,伊藤靖仁
    • Organizer
      第72期日本機械学会東海支部講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Transport and dissipation mechanism of turbulent energy and scalar in wakes behind bars and grids2022

    • Author(s)
      M. Wang, Y. Ito, Y. Zhou, K. Nagata, T. Watanabe, K. Iwano, Y. Sakai, Y. Hattori
    • Organizer
      22nd International Symposium on Advanced Fluid Information,
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The relation between dissipation and the scale-by-scale transport in grid-generated turbulence2021

    • Author(s)
      M. Wang, Y. Ito, Y. Yurikusa, Y. Sakai, K. Iwano
    • Organizer
      2021年度日本機械学会年次大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 格子乱流でのスカラの逆カスケード方向の輸送現象に関する研究2021

    • Author(s)
      汪 沐陽, 百合草 拓哉, 岩野 耕治, 酒井 康彦, 伊藤 靖仁
    • Organizer
      日本流体力学会年会 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 乱流混合層におけるエネルギおよびスカラの渦スケール間輸送機構の解明2021

    • Author(s)
      汪 沐陽, 大川 拓己, 岩野 耕治, 酒井 康彦, 伊藤 靖仁
    • Organizer
      第35回数値流体力学シンポジウム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] umerical Investigation about Inverse Cascade Phenomenon in Mixing Layer2021

    • Author(s)
      M. Wang, Y. Ito, T. Okawa, K. Iwano, Y. Sakai,
    • Organizer
      18th International Conference on Flow Dynamics
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 正方格子下流で生成される平衡・非平衡乱流場における乱流エネルギおよびスカラのスケール間輸送機構の解明2021

    • Author(s)
      百合草 拓哉, 伊藤 靖仁, 酒井 康彦, 岩野 耕治
    • Organizer
      日本機械学会東海支部 第70期総会・講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 乱流混合層における乱流エネルギおよびスカラのスケール間輸送の遷移に関する研究2021

    • Author(s)
      大川 拓己, 伊藤 靖仁, 酒井 康彦, 岩野 耕司
    • Organizer
      日本機械学会東海支部 第70期総会・講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Inter-scale Transfer of Turbulent Energy and Scalar in Grid Turbulence2020

    • Author(s)
      Yasumasa Ito, Takuya Yurikusa, Yasuhiko Saka, Koji Iwano, Yi Zho
    • Organizer
      17th International Conference on Flow Dynamics
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 格子乱流場における乱流エネルギ およびスカラのスケール間輸送機構に関する数値的研究2020

    • Author(s)
      百合草 拓哉, 伊藤 靖仁, 酒井 康彦, 岩野 耕治
    • Organizer
      日本流体力学会年会2020
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 自由せん断混合層における 乱流エネルギおよびスカラの スケール間輸送機構に関する研究2020

    • Author(s)
      大川 拓己, 伊藤 靖仁, 酒井 康彦, 岩野 耕司
    • Organizer
      第18回日本流体力学会中部支部講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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