| 研究課題/領域番号 |
21H01540
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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24020:船舶海洋工学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
林 昌奎 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70272515)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023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)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
2021年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
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| キーワード | 回転円柱 / 運動量伝搬 / 付加質量 / 表面祖度 / レイノルズ応力 / 流速勾配 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、ドリルパイプのような流れ中において回転する円筒型線状構造物の挙動評価のために、流れ中で回転する円柱周辺の流れ場、並びに円柱から周辺流体への運動量の伝搬について調査する。研究は、円筒構造物の剛体模型及びフレキシブル模型を用いた水槽実験、並びに離散渦法などによる数値解析方法を用いて実施する。剛体模型を用いる実験からは回転による円柱に働く流体力及び周辺の流れ場の変化を計測し、流速の変化やレイノルズ応力などにより回転する円柱から周辺流体への運動量伝搬を評価する。フレキシブル模型を用いる実験からは回転による円筒型線状構造物の振動特性の変化を評価する。
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| 研究実績の概要 |
本年度は、回転する円柱周りの流動及び流体力における円柱表面の粗度影響と粒子画像流速測定法(Particle Image Velocimetry,PIV)を用いて円柱周りの流動について調査した。
まず、回転する円柱周りの流動及び流体力における円柱表面の粗度影響について得られた結果をまとめる。（１）静止流体中において円柱のみが回転している場合、円柱表面粗度の影響は強くみられ、円柱表面の粒度が粗いほど流速分布のグラフは勾配が強くなり、レイノルズ応力は全体的に増加する。（２）流れ中では、円柱の回転によって減速する側と増速する側共に円柱表面粗度の影響は微小であり、流れ場の変化はあまり見られない。（３）円柱表面粗度が回転円柱の流体力特性に与える影響はあまり見られない。（４）円柱の回転によって減速する側と増速する側共に、円柱の回転速度が上昇するにつれて、流速は一定の速度分布に収束していく。また、それに伴い回転円柱の流体力の変動は弱まり、線形的な変化となる。（５）円柱の回転によって減速する側では、円柱模型の回転によってレイノルズ応力が作用する範囲が拡大していき、無次元距離R'が3.5から4.5付近で範囲の拡大が弱まる。（６）円柱の回転によって増速する側では、無次元距離R'が0.5を境に，円柱表面側の流れの乱れが強い層、その外側の流れが整っている層に分かれている。
PIV実験においては、今までのポイント計測で得られた流速から推定していた回転する円柱周りの流速分布の全体状がみられるようになった。円柱の回転が後流に及ぼす影響や円柱表面近傍の流れの定性的な特性が把握でき、今後詳細な解析を進める予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
計画通りに順調に進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の計画通りに進める予定である。今年度は、流れ中で回転する円柱周辺の運動量伝搬について定量的な評価を行うため、熱線流速計などを用いたより高精度で高分解度の流場計測を行う予定である。また、円柱周りの円柱と共に回転する流体が円柱運動に及ぼす影響について調査するためにフレキシブル模型を用いた水槽実験を計画している。
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