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壁乱流における縦渦発生の局所的制御の研究

研究課題

研究課題/領域番号 09450076
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 流体工学
研究機関大阪大学

研究代表者

三宅 裕  大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50029005)

研究分担者 太田 貴士  大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10273583)
辻本 公一  大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10243180)
梶島 岳夫  大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30185772)
研究期間 (年度) 1997 – 1998
研究課題ステータス 完了 (1998年度)
配分額 *注記
13,400千円 (直接経費: 13,400千円)
1998年度: 4,600千円 (直接経費: 4,600千円)
1997年度: 8,800千円 (直接経費: 8,800千円)
キーワード乱流 / 乱流制御 / DNS / 壁乱流 / 粗面壁 / 縦渦 / 数値流体力学 / トムズ効果 / 粗面乱流 / LES
研究概要

壁乱流中に発生する微細組織構造の局所制御の基礎的知見を得るために、壁近傍を操作した場合の乱れ特性の変化を直接シミュレーションにより評価した。
スパン方向に振動壁を持つ溝乱流場では、振動壁により縦渦上流端でのスパン方向のせん断層の流れ方向への変換が抑制されることで、縦渦自身への渦の供給が妨げられ、縦渦の発生・維持が抑制されることが分かった。
粗面壁を持つ溝乱流場では、壁近傍に砂粒粗さとリブを配置した場合について検討した。壁近傍では粗面により縦渦構造の発生は抑制され、また要素形状を反映した組織渦構造の発生が起こるが、壁近傍の乱れの巨視的特性への影響は少なく、従来から考えられている縦渦の様な強い組織構造によらなくとも運動量交換が行われることを確認した。また、壁近傍での乱れの変化の影響は遠くに及ばず、壁遠方場の乱れ特性は巨視的尺度でスケーリングされることを確認した。
乱流摩擦抵抗の低減のために粘性力に比例する外力を与え、壁近傍の乱れ構造を抑制した。高/低レイノルズ数の場合との比較から、壁近傍だけの抑制でも有効な抵抗削減が図られることを示した。また、この場合も壁近傍を操作した影響は壁近傍内に収まり、遠方では巨視的尺度でスケールされることを示した。さらに、最小渦スケールでスケーリングした結果、壁遠方場でもチューブ状の微細渦構造が発生していることが確認され、壁近傍から壁遠方場にいたる全領域で微細渦構造が発生し、それらが群を形成していることを明らかにした。
壁近傍から遠方場までの乱れ構造を抑制した場合を評価することならびに、高分子材を添加した場合の抵抗削減効果の解明のため、離散要素(球-バネモデル)を投入した大規模シュレーションを行った。その結果、計算結果は実験事実と整合し、乱れの再配分効果の抑制が抵抗削減の要因であることを明らかにした。

報告書

(3件)
  • 1998 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1997 実績報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (32件)

  • [文献書誌] 三宅 裕: "‘The Regeneration of Quasi-Streamwise Vortices in the Near-Wall Region"" JSME International J.,Ser.B. Vol.40 No.2. 257-264 (1997)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 三宅 裕: ""On the Mechanism of Drag Reduction of Near-Wall Turbulence by Wall Oscillation"" JSME International J.,Ser.B. Vol.40 No.4. 558-566 (1997)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 三宅 裕: ""Self-sustenance and Suppression of Quasi-streamwise Vortices in Near Wall Turbulence"" Advances in DNS/LES,Gryden Press. 173-184 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 三宅 裕: ""On the Mechanism of Attenuation of Turbulence by Spanwise Wall Oscillation"" Direct and Large-Eddy simulation II,Kluwer Academic Publishers. 201-212 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 辻本 公一: "壁近傍乱流の縦渦群の形成に関する解析" 日本機械学会論文集B編. 64巻622号. 1659-1666 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 辻本 公一: "壁近傍乱流の縦渦の同定と維持機構の解析" 日本機械学会論文集B編. 64巻623号. 1989-1996 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 梶島 岳夫: "離散要素モデルによる高分子溶液の乱流抵抗低減の数値シミュレーション" 日本機械学会論文集B編. 64巻627号. 3636-3643 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 辻本 公一: ""Identification of Strong,Near-Wall Quasi-Streamwise Vortices and Their Behavior"" Simulation and Identification of Organized Structures in Flows,Kluwer Academic Publishers. 329-338 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Miyake, Y., Ushiro, R., Morikawa, T.: ""The Regeneration of Quasi-Streamwise Vortices in the Near-Wall Region"" JSME International J., Ser.B. Vol.40 No.2. 257-264 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Miyake, Y., Tsujimoto, K., Takahashi, T.: ""On the Mechanism of Drag Reducation of Near-Wall Turbulence by Wall Oscillation"" JSME International J., Ser.B. Vol.40 No.4. 558-566 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Tsujimoto, K., Miyake, Y.: ""Identification of Strong Quasi-Streamwisw Vortices and Their Behavior"" IUTAM Symp.on Simulation and Identification of Organized Structure in Flos, Denmark. 38-43 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Miyake, Y., Tsujimoto, K.: ""Self-Sustenance and Suppression of Quasi-Streamwise Vortices in Near Wall Turbulence"" Proc.First AFSOR Int.Conf.on DNS/LES,Lusiana. 38-43 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Miyake, Y., Tsujimoto, K.: ""On Clustering of Quasi-Streamwise Vortices in Near-Wall Turbulence"" Proc.11th Symp.Turbulent Shear Flows, Grenoble, France. 11.1-11.6 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Miyake, Y., Tsujimoto, K., Tsujimoto, K.: ""Management of Streamwise Vortices in Near-wall Tubulence"" Proc. 7th Asian Congress of Fluid Mechanics, Madras. 41-44 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Miyake, Y., Tsujimoto, K.: ""Self-sustenance and Suppression of Quasi-streamwise Vortices in Near Wall Turbulence"" Advances in DNS/LES,Gryden Press.173-184 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Miyake, Y., Tsujimoto, K., Takahashi, M.: ""On the Mechanism of Attenuation of Turbulence by Spanwise Wall Oscillation"" Direct and Large-Eddy Simulation II,Kluwer Academic Publishers. 201-212 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Miyake, Y., Tsujimoto, K., Suzuki, Y., Agata, Y.: ""Simulation of Flows in a Channel of Manipulated Walls"" 13th U.S.National Congrress of Applied Mechanics. (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Miyake, Y., Tsujimoto, K.Agata, Y.: ""Simulation of Rough Wall Channel Flow"" Proc.of Third China-Japan Workshop on Turbulent Flows.98-112 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kajishima, T., Miyake, Y.: ""DNS of Drag Reduction by Polymer Additive"" Proc.3rd ASME/JSME Joint FluidsEng.Vconf., San Francisco. No.FEDSM99-7796 (CD-ROM). (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Tsujimoto, K., Miyake, Y.: ""Identification of Strong, Near-Wall Quasi-Streamwise Vortices and Their Behavior"" Simulation and Identification of Organized Structures in Flows, Kluwer Academic Publishers. 329-338 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.MIYAKE: "Simulation of Rough Wall Channel Flow" Proc.Third Asian Computational Fluid Dynamics Conf.98-112 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 三宅 裕: "非平滑面の溝乱流構造解析" 第14回生研NSTシンポジウム講演論文集. 43-49 (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 梶島岳夫: "離散要素モデルによる高分子溶液の乱流抵抗低減の数値シミュレーション" 日本機械学会論文集B編. 64-627. 3636-3643 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] Kajishima,T.: "DNS of Drag Reduction by Polymer Additive" Proc.3rd ASME/JSME Joint Fluids Eng.Conf.,San Francisco. 99-7796. (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 辻本公一: "壁近傍乱流の縦渦群の形成に関する解析" 日本機械学会論文集B編. 64-622. 1659-1666 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 辻本公一: "壁近傍乱流の縦渦の同定と維持機構の解析" 日本機械学会論文集B編. 64-623. 1989-1996 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 三宅裕: "壁の面内振動における壁乱流の抵抗低減機構" 日本機械学会論文集B編. 63-605. 16-23 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] 三宅裕: "The Regeneration of Quasi-Streamwise Vortices in the Near-Wall Region" JSME International Journal,Series B. 40-2. 257-264 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] 三宅裕: "On the Mechanism of Attenuation of Turbulence by Spanwise Wall Oscillation" Direct and Large-Eddy Simulation,J.-P.Chollet et al. (eds.) Kluwer Academic Publishers.II. 201-212 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] 縣念る康明: "粗さをもつ溝乱流の直接シミュレーション" 第11回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 145-146 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] 三宅裕: "Management of Streamwise Vortices in Near-Wall Turbulence" Proc.7th Asian Congress of Fluid Mech.,Madras,India. 41-44 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] 鈴木雄介: "離散要素モデルを含むDNSによる壁乱流の制御機構に関する研究" 第13回生研NSTシンポジウム講演論文集. 69-75 (1998)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書

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公開日: 1997-04-01   更新日: 2016-04-21  

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