| 研究課題/領域番号 |
20K04259
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 大阪電気通信大学 (2022)
東京農工大学 (2020-2021) |
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研究代表者 |
光石 暁彦 大阪電気通信大学, 工学部, 准教授 (90456715)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 乱流制御 / 抵抗低減 / 進行波状吹き出し吸い込み / 乱流制御効果の検証 / 低振幅の進行波制御 / 壁面凹凸の影響の検証 / 乱流制御効果の確認 / 実用条件下における検証 / 研究手法の検証と妥当性確認 / テイラー・クエット乱流 / 進行波制御 / 直接数値計算 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，同心二重円筒において回転する内円筒と固定された外円筒の間を対象に，流体運動の数値シミュレーションを行う．この時，乱流状態において流動抵抗のもととなる渦運動の制御を目的として，円筒面上を円周方向に進行する波状の振動入力を与える．特に，この同心二重円筒間乱流（テイラー・クエット乱流）において特徴的な渦運動をターゲットにした進行波を新規に考案し，流動抵抗抑制の可能性を検討する．
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| 研究成果の概要 |
内側円筒回転同軸二重円筒間流れ（テイラー・クエット乱流）の直接数値計算を行い，外側円筒表面に進行波状吹き出し吸い込み制御によるトルク低減効果を評価した．特に，制御の実装に有利な微小振幅・長波長の進行波による効果を重点的に調査した．検証を行った同軸二重円筒間の半径比は0.95以上である．
その結果，全周96波長分相当の進行波を印加した場合，進行波の伝播方向が内円筒回転と同方向であれば，一定以上の伝播速度でトルク低減効果が得られるものの，その値はおよそ振幅に比例することが分かった．また，伝播方向を逆方向も含めて調査した所，逆方向の方が順方向よりトルク低減効果が得られやすいことが分かった．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究成果により，テイラー・クエット乱流の流動抵抗低減効果を目的とした進行波状吹き出し吸い込み制御という乱流制御手法の適用可能性が示された．特に，クリアランスの狭い実機を想定した0.95以上という高半径比におけるデータは，これまでほとんど調査報告された例がない．研究の結果，内円筒の回転と反対方向に進行する高振幅の進行波であれば一定以上のトルク低減効果が期待できるが，これは実機における振動抑制問題と相克するため，最終的な設計においては流動抵抗と振動・騒音を総合的に考慮することが必要と結論付けられる．
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