高分子鎖コイル－ストレッチ遷移における非アファイン性に着目した抵抗低減機構の解明

• 研究課題/領域番号: 23560188
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 堀内 潔 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (10173626)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2013年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2012年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2011年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 抵抗低減 / 高分子添加溶液 / 界面活性剤 / 粘弾性流体 / Brownian dynamics / Elastic dumbbell model / 反変・共変ベクトル / エネルギーカスケード / 高分子添加 / ブラウ二アン力学 / Elastic dumbbellモデル

研究概要

高分子鎖を連結粒子系として近似するBDSとDNSとの結合法を用いて非アファイン粘弾性流体における抵抗低減機構の解明を行った．BDSでは，dumbbell の運動にslip velocityを付与して非affine性を導入したdumbbellモデルを用い，一様等方乱流を対象とした。非アファイン性が最小の場合，dumbbell が反変ベクトルとして運動して渦管の伸長を抑制するに対し，最大の場合は共変ベクトルとして運動して渦層に張力を及ぼすため，大きな低減が得られる事を明らかにした．共変性のdumbbellは溶媒からのせん断によりその長さが最大となる方向に配向するため，大きな伸長を受ける事を示した．

研究成果

• [雑誌論文] Remarkable Drag Reduction in Non-affine Viscoelastic Turbulent Flows. (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Horiuti, K. Matsumoto, and K. Fujiwara
  • 雑誌名: Phys. Fluids 巻: 25 号: 1 ページ: 15106-15106
  • DOI: 10.1063/1.4774239
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-mode Stretched Spiral Vortex and Nonequilibrium Energy Spectrum in Homogeneous Shear Flow Turbulence (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Horiuti and T. Ozawa
  • 雑誌名: Phys. Fluids 巻: 23 号: 3 ページ: 35107-35107
  • DOI: 10.1063/1.3567252
  • 査読あり
• [雑誌論文] Marked Drag Reduction in Non-affine Viscoelastic Turbulence in Homogeneous Isotropic and Pipe Flows (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Horiuti, K. Matsumoto and M. Adachi
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 318 号: 9 ページ: 92016-92016
  • DOI: 10.1088/1742-6596/318/9/092016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-mode stretched spiral vortex and nonequilibrium energy spectrum in homogeneous shear flow turbulence (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Horiuti and T. Ozawa
  • 雑誌名: Physics of Fluids 巻: 23 ページ: 35107-35107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Marked drag reduction in non-affine viscoelastic turbulence in homogeneous isotropic and pipe flows (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Horiuti, K. Matsumoto and M. Adachi
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 318 ページ: 9216-9216
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extraction of nonequilibrium -7/3 energy spectrum in experimental measurement turbulence data (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Horiuti and Y. Masuda
  • 雑誌名: Bulletin of the American Physical Society 巻: 318 ページ: 270-271
• [学会発表] Reconnection過程における非アファイン粘弾性効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 竹生昇平,堀内潔
  • 学会等名: 第27回数値流体力学シンポジウム講演論文集,日本流体力学会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] Contravariant and covariant dumbbells in polymer-diluted viscoelastic turbulence (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Horiuti and S. Takeu
  • 学会等名: 66th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics
  • 発表場所: Pittsburgh, U.S.A., Bulletin of the American Physical Society (58 No.18, p. 334)
• [学会発表] Contravariant and covariant polymer dumbbells in non-affine viscoelastic turbulence (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Horiuti and S. Takeu
  • 学会等名: 14^<th> European turbulence conference
  • URL: http://etc14.ens-lyon.fr/etc-14-program/TD.4NNF2
  • 発表場所: ENS Lyon
• [学会発表] Contravariant and covariant polymer dumbbells in non-affine viscoelastic turbulence (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Horiuti and S. Takeu
  • 学会等名: 14th European turbulence Conference
  • 発表場所: ENS Lyon, France
• [学会発表] Contravariant and covariant dumbbells in polymer-diluted viscoelastic turbulence (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Horiuti and S. Takeu
  • 学会等名: 66th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics
  • 発表場所: Pittsburgh, USA
• [学会発表] BDS-DNS法による高分子添加溶液における抵抗低減機構の解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 竹生昇平、堀内潔、増田舟
  • 学会等名: 第27回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] 反変および共変高分子の伸長と抵抗低減のマルチスケール解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 堀内潔、竹生昇平
  • 学会等名: 第26回計算力学講演会
  • 発表場所: 佐賀大学
• [学会発表] 流体乱流における反変・共変ベクトルと散逸構造 (2012)
  • 著者名/発表者名: 堀内潔
  • 学会等名: 平成23年度文部科学省数学・数理科学と諸数学・産業との連携研究ワークショップ,乱流と流体方程式の解の特異性
  • 発表場所: 名古屋大学理学南館
  • 年月日: 2012-01-27
  • 招待講演
• [学会発表] Reconnection過程における非アファイン粘弾性効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 竹生昇平,堀内潔
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2012
  • 発表場所: 高知大学,日本流体力学会
• [学会発表] Reconnection 過程における非アファイン粘弾性効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 竹生昇平, 堀内潔
  • 学会等名: 日本流体力学会年会 2012
  • 発表場所: 高知市、高知大学
• [学会発表] Multi-mode stretched spiral vortex and non-equilibrium energy spectrum in homogeneous isotropic and shear flow turbulence (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Horiuti
  • 学会等名: International colloquium on Fundamental Problems of Turbulence
  • 発表場所: Centre International de Rencontres Mathematiques, University of Marseille, France
• [学会発表] Multi-mode stretched spiral vortex and non-equilibrium energy spectrum in homogeneous isotropic and shear flow turbulence (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Horiuti
  • 学会等名: International colloquium on Fundamental Problems of Turbulence(招待講演)
  • 発表場所: CIRM, University of Marseille, France
• [学会発表] Extraction of nonequilibrium -7/3 energy spectrum in experimental measurement turbulence data (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Horiuti and Y. Masuda
  • 学会等名: 64th Annual Meeting of the American Physical Society's Division of Fluid Dynamics
  • 発表場所: Baltimore Convention Center, Baltimore, Maryland, USA
• [学会発表] Dumbbellモデルを用いたBDS-DNSによる乱流抵抗低減機構の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松本 一真, 堀内 潔
  • 学会等名: 第25回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 大阪市 大阪大学
• [図書] Ten Chapters in Turbulence, Chapter 2 (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Schumacher, R. M. Kerr and K. Horiuti
  • 総ページ数: 437
  • 出版者: Cambridge University Press
• [図書] Structure and Dynamics of Vorticity in Turbulence, Chapter 2 in"Ten Chapters in Turbulence", Ed. by P. A. Davidson, Y. Kaneda and K. R. Sreenivasan (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Schumacher, R. M. Kerr and K. Horiuti
  • 出版者: Cambridge University Press
• [図書] Ten Chapters in Turbulence, Structure and Dynamics of Vorticity in Turbulence (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Schumacher, R. M. Kerr and K. Horiuti,
  • 総ページ数: 44
  • 出版者: Cambridge University Press