超流動乱流における量子渦の可視化法の開発と圧力変動計測による乱流普遍則の解明

• 研究課題/領域番号: 23360082
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 辻 義之 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00252255)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円); 2013年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2012年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2011年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
• キーワード: 流体工学 / 量子乱流 / 圧力変動 / 普遍法則 / 乱流 / 渦構造 / 超流動 / 統計普遍則

研究概要

液体ヘリウム（He）は、絶対温度2.17Kにおいてその粘性が消滅して安定な超流動状態に遷移する。この粘性がない状態では、通常の室内実験では実現不可能な高レイノルズ（Re）数乱流が生成される。本研究では、超流動状態における流速場の可視化方法を開発し、熱対向流中の量子渦の挙動を観察することに成功した。また、従来用いてきた圧力プローブを小型化することにより、乱流中の変動圧力計測方法を高精度化することができた。対数領域における確率密度関数型の不変性を利用して、乱流境界層壁近くの変動強度を補正する方法を提案した。

研究成果

• [雑誌論文] Effects of flow field on the wall mass transfer rate behind a circular orifice in a round pipe (2014)
  • 著者名/発表者名: Feng Shan, Atsushi Fujishiro, Tatsuya Tsuneyoshi and Yoshiyuki Tsuji
  • 雑誌名: Int. J. Heat Mass Trans 巻: vol.73 ページ: 524-550
• [雑誌論文] Effects of flow field on the wall mass transfer rate behind a circular orifice in a round pipe (2014)
  • 著者名/発表者名: Feng Shan, Atsushi Fujishiro, Tatsuya Tsuneyoshi and Yoshiyuki Tsuji
  • 雑誌名: International Journal of Heat and Mass Transfer 巻: 73 ページ: 542-550
  • DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.02.039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Particle image velocimetry measurements of flow field behind a circular square-edged orifice in a round pipe (2013)
  • 著者名/発表者名: Feng Shan, A. Fujishiro, T. Tsuneyoshi, Y oshiyuki Tsuji
  • 雑誌名: Exp. in Fluids 巻: vol.54 ページ: 1-18
• [雑誌論文] Particle image velocimetry measurements of flow field behind a circular square-edged orifice in a round pipe (2013)
  • 著者名/発表者名: Feng Shan, Atsushi Fujishiro, Tatsuya Tsuneyoshi, Yoshiyuki Tsuji
  • 雑誌名: Experiments in Fluids 巻: 54 号: 6 ページ: 1-18
  • DOI: 10.1007/s00348-013-1553-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure fluctuation in high-Reynolds-number turbulent boundary layer : results from experiments and DNS (2012)
  • 著者名/発表者名: Y . Tsuji, S. Imayama, P . Schlatter, P. Henrik Alfredsson, A. V. Johansson, I. Marusic, N. Hutchins, and J. Monty
  • 雑誌名: Journal of Turbulence 巻: vol.13,No.50 ページ: 1-19
• [雑誌論文] Anisotropic Pressure Correlation Spectra in Turbulent Shear Flow (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Tsuji and Yukio Kaneda
  • 雑誌名: J. Fluid Mech 巻: vol.694 ページ: 50-77
• [雑誌論文] Anisotropic Pressure Correlation Spectra in Turbulent Shear Flow (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Tsuji and Yukio Kaneda
  • 雑誌名: Journal of Fluid Mechanics 巻: 694 ページ: 50-77
  • DOI: 10.1017/jfm.2011.502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure fluctuation in high-Reynolds-number turbulent boundary layer: results from experiments and DNS (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Tsuji, Shintaro Imayama, Philipp Schlatter, P. Henrik Alfredsson, Arne V. Johansson, Ivan Marusic, Nicholas Hutchins, and Jason Monty
  • 雑誌名: Journal of Turbulence 巻: 13 ページ: 1-19
  • DOI: 10.1080/14685248.2012.734625
  • 査読あり
• [雑誌論文] FAC評価における流動場および物質移行の影響と課題 (2011)
  • 著者名/発表者名: 辻 義之、近藤昌也
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集Ｂ編 巻: 78 ページ: 455-459
  • 査読あり
• [学会発表] 圧力統計量に基づく壁乱流中の組織構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 辻 義之
  • 学会等名: 数理解析研究所研究集会「大スケール流体運動と乱流揺らぎ」
  • 発表場所: 京都大学
• [学会発表] 高レイノルズ数チャンネル乱流場における大規模構造の影響と寄与 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山本義暢,辻 義之
  • 学会等名: 研究集会「壁乱流における大規模構造の統計法則と動力学に果たす役割」
  • 発表場所: 九州大学応用力学研究所
• [学会発表] Experimental evaluation of energy dissipation rate in turbulence (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Tsuji
  • 学会等名: Fundamental Aspects of Geophysical Turbulence
  • 発表場所: Nagoya University
• [学会発表] チャンネル乱流場における壁面圧力に基づく組織構造の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐野正幸,恒吉達矢,山本義暢,辻 義之
  • 学会等名: 日本機械学会東海支部, 第63期総会・講演会
  • 発表場所: 大同工業大学
• [学会発表] Experimental evaluation of energy dissipation rate in turbulence (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Tsuji
  • 学会等名: Fundamental Aspects of Geophysical Turbulence
  • 発表場所: Nagoya university Japan
  • 招待講演
• [学会発表] 圧力統計量に基づく壁乱流中の組織構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 辻 義之
  • 学会等名: 研究集会「大スケール流体運動と乱流揺らぎ」
  • 発表場所: 京都大学数理解析研究所
• [学会発表] スーパーコンピュータ京における乱流の大規模直接数値シミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 山本義暢, 辻 義之
  • 学会等名: 日本機械学会関東支部山梨講演会
  • 発表場所: 山梨大学
  • 年月日: 2013-10-26
• [学会発表] 数値計算による壁乱流の組織構造に関する研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐野正幸,恒吉達矢,山本義暢,辻 義之
  • 学会等名: 日本機械学会関東支部山梨講演会
  • 発表場所: 山梨大学
  • 年月日: 2013-10-26
• [学会発表] 多重物理・多重スケール乱流現象の数理 (2013)
  • 著者名/発表者名: 辻 義之, 山本義暢
  • 学会等名: 圧力統計量に基づく壁乱流の内層と外層の構造研究集会
  • 発表場所: 京都大学数理解析研究所
• [学会発表] 壁乱流の大規模組織構造の解明がもたらすエネルギー高効率化への貢献,学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 (2013)
  • 著者名/発表者名: 辻 義之
  • 学会等名: 第5回シンポジウム
  • 発表場所: THE GRAND HALL,品川
• [学会発表] 平板乱流境界層の外層速度スケールと摩擦損失係数に関する考察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 後藤克己, 辻 義之
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2013
  • 発表場所: 東京農工大学
• [学会発表] 高レイノルズ数チャンネル流における凍結乱流場の空間相関解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山本義暢, 辻 義之
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2013
  • 発表場所: 東京農工大学
• [学会発表] 微細水素粒子を用いた超流動乱流の可視化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤大貴, 和田一輝, 石田一真, 平野 彰,辻 義之,伊藤高啓,岩本晃史,濱口真司, 高田 卓
  • 学会等名: 第91期日本機械学会流体工学部門講演会
  • 発表場所: 九州大学
• [学会発表] 矩形流路内で発生する HeIIの膜沸騰における可視化と流動モデルの検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石田一真, 栄國泰秀, 加藤大貴, 平野 彰, 伊藤高啓, 辻 義之, 岩本晃史, 濱口真司, 高田 卓
  • 学会等名: 第91期日本機械学会流体工学部門講演会
  • 発表場所: 九州大学
• [学会発表] 高レイノルズ数乱流境界層における圧力計測 : 壁近くでの統計量補正法の提案 (2013)
  • 著者名/発表者名: 辻 義之, 山本義暢
  • 学会等名: 第91期日本機械学会流体工学部門講演会
  • 発表場所: 九州大学
• [学会発表] 高レイノルズ数乱流境界層の対数領域における確率密度関数の自己相似性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 和田裕貴, 今山慎太郎, 伊藤高啓, 辻 義之
  • 学会等名: 第91期日本機械学会流体工学部門講演会
  • 発表場所: 九州大学
• [学会発表] Probability density function of pressure in turbulent boundary layers (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuk Tsuji, Y.Yamamoto
  • 学会等名: American Physical Society Division of Fluid Dynamics 66th Annual Meeting
  • 発表場所: Pittsburgh, Pennsylvania
• [学会発表] Logarithmic region of turbulent boundary layer from low to high Reynolds numbers (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuki Wada, Yoshiyuki Tsuji
  • 学会等名: American Physical Society Division of Fluid Dynamics 66th Annual Meeting
  • 発表場所: Pittsburgh, Pennsylvania
• [学会発表] Reynolds Number Effects on Kinetic Energy Transfer from Outer Layer in Turbulent Channel Flows (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshinobu Yamamoto, Yoshiyuki Tsuji
  • 学会等名: American Physical Society Division of Fluid Dynamics 66th Annual Meeting
  • 発表場所: Pittsburgh, Pennsylvania
• [学会発表] Large scale structures based on pressure in high-Reynolds number turbulent boundary layer (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Tsuji
  • 学会等名: High Reynolds Number Boundary Layer Turbulence : Integrating Descriptions of Statistical Structure, Scaling and Dynamical Evolution
  • 発表場所: University of New Hampshire, USA
• [学会発表] Large scale structures based on pressure in high-Reynolds number turbulent boundary layer (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Tsuji
  • 学会等名: High Reynolds Number Boundary Layer Turbulence: Integrating Descriptions of Statistical Structure, Scaling and Dynamical Evolution
  • 発表場所: University of New Hampshire, Durham, NH (USA)
  • 招待講演
• [学会発表] Probability density function of pressure in turbulent boundary layers (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Tsuji and Yoshinobu Yamamoto
  • 学会等名: American Physical Society 66th annual DFD meeting
  • 発表場所: Pittsburgh, Pennsylvania (USA)
• [学会発表] Reynolds Number Effects on Kinetic Energy Transfer from Outer Layer in Turbulent Channel Flows (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshinobu Yamamoto and Yoshiyuki Tsuji
  • 学会等名: American Physical Society 66th annual DFD meeting
  • 発表場所: Pittsburgh, Pennsylvania (USA)
• [学会発表] Logarithmic region of turbulent boundary layer from low to high Reynolds numbers (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuki Wada and Yoshiyuki Tsuji
  • 学会等名: American Physical Society 66th annual DFD meeting
  • 発表場所: Pittsburgh, Pennsylvania (USA)
• [学会発表] 壁乱流の大規模組織構造の解明がもたらすエネルギー高効率化への貢献 (2013)
  • 著者名/発表者名: 辻 義之
  • 学会等名: 学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 第５回シンポジウム
  • 発表場所: THE GRAND HALL（品川）
• [学会発表] 高レイノルズ数乱流境界層における圧力計測：壁近くでの統計量補正法の提案 (2013)
  • 著者名/発表者名: 辻 義之、山本義暢
  • 学会等名: 第９１期日本機械学会流体工学部門講演会
  • 発表場所: 九州大学
• [学会発表] 平板乱流境界層の外層速度スケールと摩擦損失係数に関する考察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 後藤 克己，辻 義之
  • 学会等名: 日本流体力学会 年会2013
  • 発表場所: 東京農工大学
• [学会発表] 高レイノルズ数チャンネル流における凍結乱流場の空間相関解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山本義暢、辻 義之
  • 学会等名: 日本流体力学会 年会2013
  • 発表場所: 東京農工大学
• [学会発表] 乱流境界層における圧力統計量の普遍性乱流の普遍性と個別性 : 流体乱流を通して宇宙を見る (2012)
  • 著者名/発表者名: 辻 義之
  • 発表場所: 京都大学数理解析研究所
• [学会発表] Heat Transfer and Boiling of Liquid Helium Oscillation in Narrow Rectangular Duct (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuhide Eikoku, Kazuma Ishida, Kazuki Wada, Akifumi Iwamoto, Yoshiyuki Tsuj
  • 学会等名: The 23rd International Congress of Theoretical and Applied Mechanics
  • 発表場所: China National Convention Center (Beijing, China)
• [学会発表] 矩形ダクトが超流動ヘリウムの沸騰に与える影響について (2012)
  • 著者名/発表者名: 石田一真, 栄國泰秀, 加藤大貴, 岩本晃史, 辻 義之
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2012
  • 発表場所: 高知大学朝倉キャンパス ( 高知県高知市 )
• [学会発表] 乱流境界層の圧力変動の計測とその補正 (2012)
  • 著者名/発表者名: 辻 義之,今山慎太郎
  • 学会等名: 日本機械学会関東支部主催山梨講演会
  • 発表場所: 山梨大学(山梨県甲府市)
• [学会発表] Boiling of Liquid Helium and Periodic Oscillation in Narrow Rectangular Duct (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuma Ishida, Yasuhide Eikoku, Daiki Kato, Yoshiyuki Tsuj, Akifumi Iwamoto
  • 学会等名: International Toki Conference
  • 発表場所: National Institute for Fusion Science, Toki
• [学会発表] Visualization and Velocity Fluctuation Measurement in Super Fluid He II (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuhide Eikoku, Kazuki Wada, Kazuma Ishida,Yoshiyuki Tsuj, Akifumi Iwamoto
  • 学会等名: International Toki Conference
  • 発表場所: National Institute for Fusion Science, Toki
• [学会発表] Correction of Pressure Data Close to the Wall in Turbulent Boundary Layer (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Tsuj, Yoshinobu Yamamoto
  • 学会等名: American Physical Society 65th annual DFD meeting
• [学会発表] The effect of flow field on the mass transfer coefficient in the orifice downstream (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Fujishiro, Feng Shan, Retsu Kojo, Momoe Takeuchi, Yoshiyuki Tsuji
  • 学会等名: 20th International Conference On Nuclear Engineering
  • 発表場所: California,USA
• [学会発表] ON THE DEFINITION OF LOGARITHMIC REGION IN ZERO PRESSURE GRADIENT TURBULENT BOUNDARY LAYERS (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuki Wada, Katsuki Goto, Jun Yoshida,Yoshiyuki Tsuji
  • 学会等名: The 23rd Inteｒnational Congress of Theoretical and Applied Mechanics
  • 発表場所: Beijing,China
• [学会発表] Large-scale flow structures and their role in mass transfer rate enhancement behind an orifice (2012)
  • 著者名/発表者名: Feng Shan, Atsushi Fujishiro, Masashi Tatematsu, Retsu Kojo, Masaya Kondo, Yoshiyuki Tsuji
  • 学会等名: The 23rd Inteｒnational Congress of Theoretical and Applied Mechanics
  • 発表場所: Beijing,China
• [学会発表] Heat Transfer and Boiling of Liquid Helium Oscillation in Narrow Rectangular Duct (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuhide Eikoku, Kazuma Ishida, Kazuki Wada, Akifumi Iwamoto, Yoshiyuki Tsuj
  • 学会等名: The 23rd Inteｒnational Congress of Theoretical and Applied Mechanics
  • 発表場所: Beijing,China
• [学会発表] Boiling of Liquid Helium and Periodic Oscillation in Narrow Rectangular Duct (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuma Ishida, Yasuhide Eikoku, Daiki Kato, Yoshiyuki Tsuj, Akifumi Iwamoto
  • 学会等名: Cross-Validation of Experiment and Modeling for Fusion and Astrophysical Plasmas
  • 発表場所: Toki,Japan
• [学会発表] Visualization and Velocity Fluctuation Measurement in Super Fluid He II (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuhide Eikoku, Kazuki Wada, Kazuma Ishida,Yoshiyuki Tsuj, Akifumi Iwamoto
  • 学会等名: Cross-Validation of Experiment and Modeling for Fusion and Astrophysical Plasmas
  • 発表場所: Toki,Japan
• [学会発表] Discussion on frozen turbulence hypothesis in turbulent channel flow by means of large-scale DNS (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamamoto and Y. Tsuji
  • 学会等名: 31st JSST Annual Conference JSST 2012 International Conference on Simulation Technology
  • 発表場所: Kobe,Japan
• [学会発表] Measurement of Acceleration and its Statistics in Turbulence, Recent Progress in fluid Dynamics Research (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Tsuji
  • 学会等名: Proceedings of the Sixth International Conference on Fluid Mechanics AIP Conf.Proc.
  • 発表場所: (Vol. 1376, pp.81-83)
• [学会発表] Pressure Fluctuation in High-Reynolds Number Turbulent Boundary Layer : Results from Experiments and Numerical Simulations (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Tsuji, S. Imayama, P. Schlatter, P. H. Alfredsson, A. V. Johansson
  • 学会等名: 7th International Symposium on Turbulent and Shear Flow Phenomena (TSFP7)
  • 発表場所: Ottawa, Canada
• [学会発表] 超流動ヘリウム熱カウンター流における温度変動の測定と流速予測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 栄國泰秀, 和田一輝, 石田一真, 岩本晃史, 前川龍司, 辻 義之
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2011
  • 発表場所: 首都大学東京
• [学会発表] Pressure Fluctuation in High-Reynolds Number Turbulent Boundary Layer; Results from Experiment and Numerical Simulation (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Tsuji, Shintaro Imayama, Philipp Schlatter, P. Henrik Alfredsson, Arne V.Johansson
  • 学会等名: 7th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
  • 発表場所: Ottawa, Canada
• [学会発表] Measurement of Acceleration and its Statistics in Turbulence (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Tsuji
  • 学会等名: 6th International Conference on Fluid Mechanics
  • 発表場所: Guangzhou, China
• [図書] Ultrasonic Doppler Velocity Profile for Fluid Flow; 5.2.1Thermal turbulence in a confined cell (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Tsuji
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: Springer, Tokyo