革新的対流伝熱促進の数理と実践

• 研究課題/領域番号: 25289037
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 長谷川 洋介 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (30396783)
• 研究分担者: 鹿園 直毅 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30345087)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2015年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2014年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2013年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
• キーワード: 滞留 / 対流

研究成果の概要

本研究では,内部流において，壁面熱流束と壁面摩擦の非相似制御を実現するために，最適制御理論の応用を行った．まず，理想的な壁面からの吹き出し／吸い込みを制御入力として，その時空間分布の最適化を行った．更に，得られた制御入力を詳細に解析することによって，単純なプレディターミンド制御による非相似伝熱促進を実証すると共に，最適な進行波入力のスケーリングを明らかにした．次に，上記の手法を発展させることにより，複雑伝熱面の形状最適化手法を構築した．レベルセット関数により伝熱面形状を表現し,その空間分布を最適化するよう定式化することにより，任意の複雑３次元伝熱面の最適化を実現し，その有効性を実証した．

研究成果

• [雑誌論文] Does the choice of the forcing term affect flow statistics in DNS of turbulent channel flow? (2015)
  • 著者名/発表者名: uadrio, M., Frohnapfel, B., Hasegawa, Y.
  • 雑誌名: European Journal of Mechanics – B/Fluids 巻: 55(2) ページ: 286-293
  • DOI: 10.1016/j.euromechflu.2015.09.005
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A comparison of opposition control in turbulent boundary layer and turbulent channel flow (2015)
  • 著者名/発表者名: Stroh, A., Frohnapfel, B., Schlatter, P., Hasegawa, Y.
  • 雑誌名: Physics of Fluids 巻: 27 号: 7 ページ: 075101-075101
  • DOI: 10.1063/1.4923234
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Numerical Study on the effect of initial flow velocity on liquid film thickness of accelerated slug flow in a micro tube (2015)
  • 著者名/発表者名: Muramatsu, K., Youn, Y., Han, Y., Hasegawa, Y., Shikazono, N.
  • 雑誌名: International Journal of Heat and Fluid Flow 巻: 54 ページ: 77-86
  • DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2015.04.005
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Modification of Quasi-Streamwise Vortical Structure in a Drag-Reduced Turbulent Channel Flow with Spanwise Wall Oscillation (2014)
  • 著者名/発表者名: Yakeno, A., Hasegawa, Y., Kasagi, N.
  • 雑誌名: Physics of Fluids 巻: 26 号: 8 ページ: 085109-085109
  • DOI: 10.1063/1.4893903
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Calculation of Contact Angles at Triple Phase Boundary in Solid Oxide Fuel Cell Anode Using the Level-Set Method (2014)
  • 著者名/発表者名: Sun X., Hasegawa, Y., Kohno, H., Jiao, Z., Hayakawa, K., Okita, K., Shikazono, N.
  • 雑誌名: Materials Characterization 巻: 96 ページ: 100-107
  • DOI: 10.1016/j.matchar.2014.07.020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Simulation of Turbulent Duct Flows with Constant Power Input (2014)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, Y., Maurizio, Q., Frohnapfel, B.
  • 雑誌名: Journal of Fluid Mechanics 巻: 750 ページ: 191-209
  • DOI: 10.1017/jfm.2014.269
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Turbulent Flow over Superhydrophobic Surfaces with Streamwise Grooves (2014)
  • 著者名/発表者名: Tuerk, S., Daschiel, G., Stroh, A., Hasegawa, Y., Frohnapfel, B.
  • 雑誌名: Journal of Fluid Mechanics 巻: 747 ページ: 186-217
  • DOI: 10.1017/jfm.2014.137
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Optimal control of dissimilar heat and momentum transfer in a fully developed turbulent channel flow (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, A., Hasegawa, Y., Kasagi, N.
  • 雑誌名: Journal of Fluid Mechanics 巻: 733 ページ: 189-220
  • DOI: 10.1017/jfm.2013.436
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prediction of Turbulence control for arbitrary periodic spanwise wall movement (2013)
  • 著者名/発表者名: Cimarelli, A., Frohnapfel, B., Hasegawa, Y., De Angelis, E., Quadrio, M
  • 雑誌名: Physics of Fluids 巻: 25 号: 7 ページ: 75102-75102
  • DOI: 10.1063/1.4813807
  • 査読あり
• [学会発表] Effects of Velocity and Measurement Uncertainties on Estimation of Scalar Source Intensity in Turbulent Channel Flow (2016)
  • 著者名/発表者名: Cerizza, D., Zaki, T., Hasegawa, Y.
  • 学会等名: The First Pacific Rim Thermal Engineering Conference (PRTEC)
  • 発表場所: Hawaii’s Big Island, US.
  • 年月日: 2016-03-13
  • 国際学会
• [学会発表] Estimation of Scalar Source Strength Based on Sensor Information by Adjoint Analysis in Turbulence (2015)
  • 著者名/発表者名: Sekiguchi, W., Cerizza, D., Tsukahara, T. & Hasegawa, Y.
  • 学会等名: the Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow (ASCHT015)
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2015-11-22
  • 国際学会
• [学会発表] Reconstruction of time-varying scalar source intensity based on sensing signal in turbulent channel flow (2015)
  • 著者名/発表者名: Cerizza, D., Sekiguchi, W., Tsukahara, T. & Hasegawa, Y.
  • 学会等名: 8th International Symposium on Turbulent Heat and Mass Transfer 8 (THMT15)
  • 発表場所: Sarajevo, Bosnia and Herzegovina
  • 年月日: 2015-09-15
  • 国際学会
• [学会発表] Wave-Length-Dependent Rearrangement of Secondary Vortices over Superhydrophobic Surfaces with Streamwise Grooves (2015)
  • 著者名/発表者名: Stroh, A., Hasegawa, Y., Kriegseis, J. & Frohnapfel, B.
  • 学会等名: 9th International Symposium on Turbulent and Shear Flow Phenomena (TSFP-9)
  • 発表場所: Melbourne, Australia
  • 年月日: 2015-06-30
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of locally applied control on spatial development of turbulent boundary layer (2014)
  • 著者名/発表者名: Stroh, A., Hasegawa, Y., Schlatter, P. & Frohnapfel, B.
  • 学会等名: 10th International ERCOFTAC Symposium on Engineering Turbulence Modelling and Measurements
  • 発表場所: Don Carlos Resort, Marbella, Spain
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] Model-based optimization of three-dimensional complex structure for heat transfer enhancement in single-phase flows (2014)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, Y. & Shikazono, N.
  • 学会等名: 15th International Heat Transfer Conference (IHTC015)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-15
• [学会発表] Study on liquid film thickness of accelerated slug flow in micro tubes (2014)
  • 著者名/発表者名: Muramatsu, K., Youn, Y., Han, Y., Yokoyama, K., Hasegawa, Y. & Shikazono, N.
  • 学会等名: 15th International Heat Transfer Conference (IHTC015)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-15
• [学会発表] Turbulent drag reduction over superhydrophobic surface (2014)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, Y., Stroh, A., Tuerk, S., Daschiel, G. & Frohnapfel, B.
  • 学会等名: Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2014-04-13 – 2014-04-16
• [学会発表] Secondary motion in turbulent flows over superhydrophobic surfaces (2013)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, Y., Tuerk, S., Stroh, A., Daschiel, G., Frohnapfel, B.
  • 学会等名: 8th Int. Symp. on Turbulent Shear Flow Phenomena (TSFP8)
  • 発表場所: Poitier, France
• [学会発表] Turbulent Skin-Friction Drag Reduction by Spanwise Wall Oscillation with Generic Tempral Waveform (2013)
  • 著者名/発表者名: Cimarelli, A., Frohnapfel, B., Hasegawa, Y., De Angelis, E., Quadrio, M.
  • 学会等名: 8th Int. Symp. on Turbulent Shear Flow Phenomena (TSFP8)
  • 発表場所: Poitier, France
• [学会発表] Direct numerical simulation of turbulent flows at constant power input (2013)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, Y., Frohnapfel, B., Quadrio, M.
  • 学会等名: 14th European Turbulence Conference
  • 発表場所: Lyon, France
• [学会発表] Phase dependency of near-wall streamwise vortices and associated Reynolds shear stress close to spanwise oscillating wall (2013)
  • 著者名/発表者名: Yakeno, Y., Hasegawa, Y., Kasagi, N.
  • 学会等名: 14th European Turbulence Conference
  • 発表場所: Lyon, France
• [学会発表] Reactive control of spatially developing turbulent boundary layer (2013)
  • 著者名/発表者名: Stroh. A., Hasegawa, Y., Frohnapfel, B.
  • 学会等名: 14th European Turbulence Conference
  • 発表場所: Lyon, France
• [学会発表] Optimal control of heat and fluid lfow for efficient energy utilization (2013)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, Y.
  • 学会等名: Multiple Shooting and Time Domain Decomposition Methods
  • 発表場所: Heidelberg, Germany
  • 招待講演