| 研究課題/領域番号 |
21K03851
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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 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
岩野 耕治 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20750285)
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| 研究分担者 |
酒井 康彦 公益財団法人名古屋産業科学研究所, 研究部, 上席研究員 (20162274)
伊藤 靖仁 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40346078)
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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 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 乱流物質混合 / 高シュミット数 / LIF濃度計測 / 微小スケール普遍性 / 乱流モデル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
分子拡散が起こりづらい（=高シュミット数）物質が乱流中で混合されるとき，微小スケールに普遍的な濃度揺らぎの構造（粘性対流小領域）が存在することが理論的に予想されている．長年，この予想の検証が試みられてきたが，計測装置の空間分解能不足や，スパコンの計算性能不足のため，未だに普遍性の実証には至っていない．本研究では，極めて高い空間分解能を持つ濃度計測装置を用いて，様々な乱流混合場で高シュミット数物質の濃度変動を計測することで，粘性対流小領域の存在，及びその普遍性を検証する．
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| 研究実績の概要 |
分子拡散が起こりづらい（=高シュミット数）物質が乱流中で混合されるとき，微小スケールに普遍的な濃度揺らぎの構造（粘性対流小領域）が存在することが理論的に予想されている．長年，この予想の検証が試みられてきたが，計測装置の空間分解能不足や，スパコンの計算性能不足のため，未だに普遍性の実証には至っていない．本研究では，申請者の開発した極めて高い空間分解能を持つ光ファイバ型LIF濃度計測装置を用いて，様々な乱流混合場で高シュミット数物質の濃度変動を計測することで，粘性対流小領域の存在，及びその普遍性を検証することを目的としている．
本年度は，水路内に格子乱流場を生成し，上記の濃度計測装置を用いて格子下流の水路断面中心において物質濃度変動を計測する実験を実施した．計測対象は高シュミット数（3000程度）の蛍光染料である．計測は複数のレイノルズ数，複数の下流位置で行い，乱流物質混合の速度，すなわち濃度変動の減衰の速さに及ぼすレイノルズ数の影響を調査した．その結果，濃度変動パワースペクトルの形状は，粘性拡散領域においては格子からの距離やレイノルズ数によらずバチェラー変数により良くスケーリングされること，及びバチェラー型よりもクライチナン型に近い形状となることが明らかとなった．一方，粘性対流領域のスペクトルの傾きは，レイノルズ数が小さいほど理論で予測される－1よりも緩やかになることが明らかとなった．濃度変動の分散については，格子近くで急速に減衰し，下流ではレイノルズ数によらず減衰指数－1.2のべき乗減衰に漸近することが分かった．
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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
格子乱流場における高シュミット数物質の濃度変動計測を実施でき，乱流物質混合場の微小スケールに関して複数の重要な新規知見が得られたため．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は，当初の計画通り，格子乱流場において高シュミット数物質の濃度変動計測を行う予定である．格子乱流水路に平均速度勾配生成装置と平均濃度勾配生成装置を新たに設置することにより，乱流物質混合場の微小スケール（粘性対流小領域）に及ぼす平均速度勾配と平均濃度勾配の影響を明らかにする．さらに形状の異なる格子を用いて，初期速度場や初期濃度場の影響を明らかにする．最終的にはこれらの影響を組み込んだ高精度乱流モデルを開発することを目指す．
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