| 研究課題/領域番号 |
22K20406
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
加藤 賢太郎 信州大学, 学術研究院工学系, 助教 (40967163)
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| 研究期間 (年度) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022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 | 三次元境界層 / 乱流遷移 / 流れの不安定性 / 光学計測 / 流れの可視化 / 渦 / 流れの定量データ解析 / 実験装置の設計，製作 / 流体力学 / 境界層流れ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
滑らかな流れ（層流）から乱れた流れ（乱流）への遷移は、流体機械の性能に影響を与える問題として研究されてきた。これらの製品は複雑な曲面を有しているが、一般的な3次元曲面上に発達する流れの乱流遷移を扱った研究は少なく、設計の障害になっている。本研究は、曲面上流れの代表である回転円錐上に発達する流れの渦構造とその崩壊による乱流遷移過程を光学計測を通じて調査する。回転円錐は、頂点角度のみで幾何形状が決まる単純なモデルながら、三次元曲面上に発達する流れに見られる代表的な異なるタイプの渦を発生させることが知られており、本研究では、異なる渦の崩壊時に共通する遠心力，及び軸方向流れの影響を明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
軸流中で回転する円錐上の境界層における乱流遷移を，流れの可視化実験と，遠心力を表す尺度であるゲルトラー数を用いた評価によって調べた．可視化実験では流れ構造が円錐の母線に沿って発達，崩壊して遷移することが観察された．軸流中での遷移位置は局所の壁速度と半径に基づくレイノルズ数によって決定され，これは粘性速度で無次元化された軸流速度に依存する．しかし静止流体中での遷移レイノルズ数は一意に決定されないことがわかった．また，層流相似解を仮定したゲルトラー数は，幅広い軸流と半頂角における遷移を支配しているがわかった．これは，回転円錐上の境界層遷移において遠心効果が重要な役割を果たしていることを示している．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究は，流体機械，輸送機械上に発達する三次元的な境界層流れの単純化されたモデルとして回転する円錐上の乱流遷移を可視化実験により観察し，これまで知られていなかった乱流遷移へ影響を与える因子を明らかにした．また，これまでの遷移研究で一般的に用いられてきたレイノルズ数に加えて，遠心力に注目したゲルトラー数で流れを評価することの有用性を示した．
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