• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

気泡による高速せん断乱流のコントロール

研究課題

研究課題/領域番号 17686014
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 流体工学
研究機関北海道大学

研究代表者

村井 祐一  北海道大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (80273001)

研究期間 (年度) 2005 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
28,860千円 (直接経費: 22,200千円、間接経費: 6,660千円)
2007年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2006年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
2005年度: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
キーワード気泡流 / 乱流 / 抵抗低減 / 画像処理 / 可視化 / せん断流 / マイクロバブル / 流れ制御 / 流体工学 / 混相流 / 気泡 / 船舶 / 省エネルギー / 境界層 / PIV / チャネル流 / テイラークエット流れ
研究概要

平成19年度は下記の2つの流れの体系における気泡によるせん断乱流のコントロールの流体力学的普遍性の実験的究明を実施した.まず一つは超音波流速分布計(UVP)により気泡吹き込み周波数を電磁弁により制御し,局所的な乱流速度分布の周波数応答を計測した.流れ場は乱流遷移域レイノルズ数帯の水平矩形チャネル流で,気泡発生周波数は0.5〜5Hzのレンジ,最大ボイド率は25%とした.この結果,壁面近傍の乱流せん断応力は気泡サイズに対して変化率が小さいものの,気泡間距離を変数とする減衰関数に従って変化することが明らかとなった.このことから気泡がその場で即座に乱流変調を誘発しているという従来仮説が棄却され,液体内の乱流時間スケールよりも長い時定数で二相流としての乱流境界層の時空間発展中に抵抗低減が顕在化するという新事実を突き止めた.この原理を応用すれば気泡吹き込み量を最小として気泡クラスタの間欠的発生により抵抗低減ゲインが最大となるような設計が可能である.もう一つの実験は水の電気分解による微小気泡の発生である.これによるチャネル境界層のPIV計測結果から,微小気泡が主流速度よりも格段に遅く,縦渦の移流速度と同程度であることが判明した.この結果から,乱流要素渦より小さな気泡は渦運動に帯同して干渉し,渦運動変調に最大の作用をもたらすことが明らかとなった.すなわち10ミクロン程度の微小気泡がボイド率の100培以上の抵抗低減率を実現する主たる機構が解明された.

報告書

(3件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2008 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (15件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (1件) 図書 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Frictional drag reduction in bubbly Couette-Taylor flow2008

    • 著者名/発表者名
      Y. Murai, H. Oiwa, Y. Takeda
    • 雑誌名

      Physics of Fluids 10-3

      ページ: 1-17

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Shallow DOF-based particle tracking velocimetry applied to horizontal bubbly wall turbulence2008

    • 著者名/発表者名
      J. Huang, Y. Murai, F. Yamamoto
    • 雑誌名

      Flow Measurement and Instrumentation 19

      ページ: 93-105

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Skin Friction Reduction by Large Air Bubbles in a Horizontal Channel Flow2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Murai, H. Fukuda, Y. Oishi, Y. Kodama, F. Yamamoto
    • 雑誌名

      International Journal of Multiphase Flow 33

      ページ: 147-163

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Skin Friction Reduction by Large Air Bubbles in a Horizontal Channel Flow2007

    • 著者名/発表者名
      Y.Murai et al.
    • 雑誌名

      International Journal of Multiphase Flow 33

      ページ: 147-163

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Turbulent Bubbly Channel Flow Investigated by UVP2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Murai et al.
    • 雑誌名

      Journal of Fluid Science and Technology 1

      ページ: 12-23

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Turbulent shear stress profiles in a bubbly channel flow assessed by particle tracking velocimetry2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Murai et al.
    • 雑誌名

      Experiments in Fluids 41

      ページ: 343-352

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] A Recursive Interpolation Algorithm for Particle Tracking Velocimetry2006

    • 著者名/発表者名
      T.Ido, Y.Murai
    • 雑誌名

      Flow Measurement and Instrumentation 17

      ページ: 267-275

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Waveforms of local frictional drag modified by bubbles2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Oishi, Y.Murai, et al.
    • 雑誌名

      Proc. European Drag Reduction & FC Meeting 1

      ページ: 24-25

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] UVP Measurement of a Turbulent Channel Flow Cont. Large Bubbles2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Murai et al.
    • 雑誌名

      Proc. 5th Int. Symp. Ultrasound Doppler Methods 1

      ページ: 43-46

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Three-Dimensional Interaction of Bubbles at Intermediate Reynolds Numbers2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Murai, J.Qu, F.Yamamoto
    • 雑誌名

      Multiphase Science and Technology 18

      ページ: 175-197

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 微小気泡がもたらす回転二重円筒内の摩擦抵抗低減現象2005

    • 著者名/発表者名
      大岩浩司, 村井祐一, 山本富士夫
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集B編 71-706

      ページ: 1550-1557

    • NAID

      110005051568

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Estimation of the Liquid Velocity Field in Two-Phase Flows Using Inverse Analysis and Particle Tracking Velocimetry2005

    • 著者名/発表者名
      W.Cheng, Y.Murai, F.Yamamoto
    • 雑誌名

      Flow Measurement and Instrumentation 16

      ページ: 303-308

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 浅焦点結像法による壁面スライド気泡流の内部構造計測2005

    • 著者名/発表者名
      芦原将章, 北川石英, 村井祐一, 山本富士夫
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集B編 71-710

      ページ: 2393-2400

    • NAID

      110005051682

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Bubble Behavior in a Vertical Taylor-Couette Flow2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Murai, H.Oiwa, Y.Takeda
    • 雑誌名

      IOP Journal of Physics: Conference Series 14

      ページ: 143-156

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Two-Phase PTV for Bubbly Turbulent Boundary Layer and New Findings on Microbubble Drag Reduction Mechanism2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Murai, Y.Oishi, F.Yamamoto
    • 雑誌名

      Proc. 6th Int. Symp. on Particle Image Velocimetry S02-3

      ページ: 1-7

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [学会発表] Motion of microbubbles relative to streamwise vortices in the wall turbulence2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Oishi, Y. Murai, Y. Tasaka, Y. Takeda
    • 学会等名
      6th International Conference on Multiphase Flow
    • 発表場所
      ドレスデン(ドイツ)ドレスデン国際会議場
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [図書] 実験力学ハンドブック2008

    • 著者名/発表者名
      村井祐一, ほか30名
    • 総ページ数
      450
    • 出版者
      朝倉書店
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [図書] 気液二相流技術ハンドブック(第6章気泡流)(改訂版出版作業部会・日本機械学会編)2006

    • 著者名/発表者名
      村井祐一
    • 総ページ数
      192
    • 出版者
      コロナ社
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [図書] 泡のエンジニアリング2005

    • 著者名/発表者名
      村井祐一ほか15名
    • 総ページ数
      305
    • 出版者
      テクノシステム出版
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [産業財産権] Friction Reducing Ship and Method for Reducing Frictional Resistance2005

    • 発明者名
      Y.Takahashi, Y.Murai
    • 権利者名
      Y.Takahashi
    • 出願年月日
      2005-04-15
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書

URL: 

公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi