| 研究課題/領域番号 |
19H02071
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
塚原 隆裕 東京理科大学, 理工学部機械工学科, 准教授 (60516186)
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| 研究分担者 |
川口 靖夫 東京理科大学, 理工学部機械工学科, 教授 (20356835)
福留 功二 東京理科大学, 工学部機械工学科, 助教 (70710698)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2019年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
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| キーワード | 亜臨界遷移 / 壁乱流 / DNS / 環状流 / 非相似性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
亜臨界乱流遷移の学問分野において，乱流域と層流域が安定的に共存する現象が注目を集めている．特に，層流―乱流共存場が実質的な乱流維持の最下臨界条件に重要と分かってきており，本研究では，様々な流動形態に関係を持つ環状流を主な解析対象とすることで亜臨界遷移現象の包括的な調査を，直接数値計算（DNS：乱流モデル不使用）と水路実験により調査する．環状流は，熱交換器等に見られる系であり，現象理解に基づく工学応用（伝熱促進や乱流遷移抑制）などの探索を目指している．
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| 研究成果の概要 |
環状流や平行平板間流における，乱流から層流への逆遷移，いわゆる亜臨界乱流遷移を調査し，各種流動形態における層流－乱流共存状態に見る特徴と普遍性，そして局在的にも乱流状態が維持する限界条件を明かにした．例えば，同心二重円筒間の環状流路では局在乱流が螺旋形状を呈することを，可視化による初の実験実証に成功し，また直接数値シミュレーションにより高い伝熱特性を明かにした．また，空間成長する乱流斑点では，運動量輸送と熱輸送の非相似性（伝熱優位）が生じることを見出した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
環状流や平行平板間流は，熱交換器やフィンに見られる規範的な流路形態であり，これらに見られた現象は広く多くの実用場面でも生じるものである．亜臨界乱流遷移および臨界条件を明かにすることは，熱交換器の性能，ひいては発電プラントの安全性等に及ぶ重要な課題である．また，亜臨界乱流遷移や乱流維持限界は，流体力学分野における古くからの難問であり，当研究成果はその解決に大きな貢献をもたらしている．特に，乱流の起源や厳密解の解明に繋がるものと期待できる．
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