| 研究課題/領域番号 |
21K04283
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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22040:水工学関連
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| 研究機関 | 徳山工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
渡辺 勝利 徳山工業高等専門学校, 土木建築工学科, 教授 (00191750)
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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 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 縦桟粗度 / 吸込み操作 / 縦渦構造 / 間欠性と小規模化 / 乱れエネルギーの生成項 / 複断面開水路 / 吸い込み操作 / 流れの可視化 / 斜昇流 / 流れの制御 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，壁乱流において流れ場の形成に重要な縦渦構造に注目する。縦渦構造は乱れの生成や流れの抵抗に直接的に寄与するので，その制御は重要な工学的課題である。この縦渦構造は，壁面上に時空間的にランダム形成されるため，その制御は極めて困難である．
本研究では，縦渦構造の形成領域を時空間的に固定させ，その吸い込み操作による縦渦構造の時空間的な特性を流速計測と流れの可視化によって明らかにする。このために，複断面流れ，底壁面に桟型粗度を有する直線開水路流れの２つの流れ場を対象して，実験を行う.そして，その成果を踏まえて，流れの抵抗軽減を試みる.
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は，壁乱流において縦渦構造の形成領域を集中させ，その吸込み操作に伴う流れ場の特徴を明らかにすることである．そして，その知見を踏まえて流れの摩擦抵抗軽減を試みることにある．本年度においては，底壁面に縦桟粗度を設置した開水路流れにおいて，蛍光染料注入法による流れの可視化法，PTVによる流速計測法を用いて流れ場の特徴を詳細に検討した．その結果，流れの可視化からは，吸い込み操作無の場合には，縦桟粗度上に縦渦構造が時空間的に安定して形成されることが明らかとなった．一方，吸込み操作有の場合には，縦桟粗度上に形成される縦渦構造が間欠的となり，小規模化することが明らかとなった．流速計測の結果からは，主流速，二次流分布においては，吸い込み操作無の場合には，縦桟粗度上に強い上昇流とその左右に対を成す大規模な旋回流が形成され，上昇流の形成領域は想対的に低速となることが認められた．吸込み操作有の場合にはその強い上昇流と大規模な旋回状の二次流れが消失し，主流速が横断方向に一様となることが認められた．また，乱れの分布においては，吸い込み操作有の場合には無の場合に比べて，水平方向のレイノルズ応力（-uw)の形成領域が縮小し，値の正負の位相が逆転することが明らかとなった．さらに，-uwによる乱れのエネルギーの生成項-uw(dU/dｚ)は吸込み操作無の場合は縦桟粗度上で正値となった．これは，平均流から乱れへとエネルギーが移送されることを示している．一方，吸込み操作有の場合には，乱れエネルギーの生成項が縦桟粗度上で負値となった．これは，乱れから平均流へエネルギーが返還されることを意味しており，非常に興味深い現象と考えられた．
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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
初年度，次年度とも研究計画に従って研究を進めることができている．
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度においては，これまでの研究成果を踏まえて，縦渦構造の吸込み操作が摩擦抵抗軽減に寄与するか否かを実験で検証する．
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