空力抵抗低減のための理論的制御手法の開発

• 研究課題/領域番号: 25420129
• 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: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 深潟 康二 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (80361517)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2014年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2013年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 流れの制御 / 空力抵抗 / 制御理論 / 数値シミュレーション / 流体力学 / 流体工学 / 乱流 / 実験

研究成果の概要

本研究の目的は，乗用車やトラック車両などの空力抵抗をさらに低減するため，壁に沿う乱流の摩擦抵抗や一般的な形状の物体周りの流れの制御に関する基礎理論を確立することである．壁乱流の摩擦抵抗低減に関しては，一様吹出し・吸込み制御および進行波状壁面変形制御の実用化に向けて克服すべき様々な効果の影響を数値シミュレーションによって検証するとともに，波長空間におけるモード解析を行った．また，任意形状の物体に働く空力抵抗の低減のために，まず圧力抵抗，摩擦抵抗やエネルギー散逸と流れ場の物理量との間の関係を数学的に定式化し，それに基づく制御手法を提案し，円柱，角柱，および任意形状物体周りの流れにおいて検証した．

研究成果

• [国際共同研究] ミラノ工科大学(イタリア)
• [国際共同研究] 南カリフォルニア大学(米国)
• [国際共同研究] 連邦工科大学(スイス)
• [国際共同研究] 王立工科大学(スウェーデン)
• [国際共同研究] ミラノ工科大学(イタリア)
• [国際共同研究] Royal Institute of Technology (KTH)(Sweden)
• [雑誌論文] Turbulent drag reduction by uniform blowing over a two-dimensional roughness (2017)
  • 著者名/発表者名: E. Mori, M. Quadrio, and K. Fukagata
  • 雑誌名: Flow, Turbulence and Combustion 巻: 99 号: 3-4 ページ: 765-785
  • DOI: 10.1007/s10494-017-9858-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Assessment of suboptimal control for turbulent skin friction reduction via resolvent analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Nakashima, K. Fukagata, and M. Luhar
  • 雑誌名: Journal of Fluid Mechanics 巻: 10 ページ: 496-526
  • DOI: 10.1017/jfm.2017.519
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Numerical simulation and sensitivity analysis of a low-Reynolds-number flow around a square cylinder controlled using plasma actuators (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Anzai, K. Fukagata, P. Meliga, E. Boujo, and F. Gallaire
  • 雑誌名: Physical Review Fluids 巻: 2 号: 4 ページ: 043891-043891
  • DOI: 10.1103/physrevfluids.2.043901
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Drag-reducing performance of obliquely aligned superhydrophobic surface in turbulent channel flow (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe, H. Mamori, and K. Fukagata
  • 雑誌名: Fluid Dynamics Research 巻: 49 号: 2 ページ: 025501-025501
  • DOI: 10.1088/1873-7005/49/2/025501
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Heat transfer in fully developed turbulent channel flow with streamwise traveling wave-like wall deformation (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Uchino, H. Mamori, and K. Fukagata
  • 雑誌名: Journal of Thermal Science and Technology 巻: 12 号: 1 ページ: JTST0003-JTST0003
  • DOI: 10.1299/jtst.2017jtst0003
  • NAID: 130005395197
  • ISSN: 1880-5566
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Drag reduction in spatially developing turbulent boundary layers by spatially intermittent blowing at constant mass-flux (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kametani, K. Fukagata, R. Orlu, and P. Schlatter
  • 雑誌名: Journal of Turbulence 巻: 17 号: 10 ページ: 913-929
  • DOI: 10.1080/14685248.2016.1192285
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Friction drag reduction of a spatially developing boundary layer using a combined uniform suction and blowing (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Noguchi, K. Fukagata, and N. Tokugawa
  • 雑誌名: Journal of Fluid Science and Technology 巻: 11 号: 1 ページ: JFST0004-JFST0004
  • DOI: 10.1299/jfst.2016jfst0004
  • NAID: 130005126930
  • ISSN: 1880-5558
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of uniform blowing/suction in a turbulent boundary layer at moderate Reynolds number (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Kametani, K. Fukagata, R. Orlu, and P. Schlatter
  • 雑誌名: Int. J. Heat Fluid Flow 巻: 55 ページ: 132-142
  • DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2015.05.019
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct numerical simulation of a turbulent mixing layer with a transversely oscillated inflow (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Kametani, M. Kawagoe, and K. Fukagata
  • 雑誌名: Journal of Fluid Science and Technology 巻: 10 号: 1 ページ: JFST0004-JFST0004
  • DOI: 10.1299/jfst.2015jfst0004
  • NAID: 130004942671
  • ISSN: 1880-5558
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Direct numerical simulation of flow around a circular cylinder controlled using plasma actuators (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Igarashi, H. Naito, and K. Fukagata
  • 雑誌名: Math. Probl. Eng. 巻: 2014 ページ: 591807-591807
  • DOI: 10.1155/2014/591807
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Active control of vortex shedding: An explanation of the gain window (2014)
  • 著者名/発表者名: S. J. Illingworth, H. Naito, and K. Fukagata
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 巻: 90 号: 4 ページ: 043014-043014
  • DOI: 10.1103/physreve.90.043014
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Drag reduction effect by a wave-like wall-normal body force in a turbulent channel flow (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Mamori and K. Fukagata
  • 雑誌名: Phys. Fluids 巻: 26 号: 11 ページ: 115104-115104
  • DOI: 10.1063/1.4901186
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Control of flow around a circular cylinder for minimizing energy dissipation (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Naito and K. Fukagata
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 巻: 90 号: 5 ページ: 053008-053008
  • DOI: 10.1103/physreve.90.053008
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct numerical simulation of drag reduction in a turbulent channel flow using spanwise traveling wave-like wall deformation (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Tomiyama and K. Fukagata
  • 雑誌名: Physics of Fluids 巻: 25 号: 10
  • DOI: 10.1063/1.4826887
  • 査読あり
• [学会発表] パンタグラフ舟体周り流れの準最適制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 村田 高彬，藤田 洋輔，深潟 康二，光用 剛
  • 学会等名: 日本機械学会関東学生会第57回学生員卒業研究発表講演会
• [学会発表] Resolvent analysis for turbulent friction drag reduction (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Fukagata, S. Nakashima, A. Kawagoe, and M. Luhar
  • 学会等名: Workshop on Active Drag Reduction, Aachen, Germany, 15-16 March 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Extension of suboptimal control theory for flow around a square cylinder (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujita and K. Fukagata
  • 学会等名: 70th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics, Denver, November 19-21, 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Toward dissimilar control of turbulent momentum and heat transfer (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Fukagata
  • 学会等名: Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow (ASCHT 2017), Chennai, December 10-13, 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Direct numerical simulation of drag reduction with uniform blowing over a two-dimensional roughness (2017)
  • 著者名/発表者名: E. Mori, M. Quadrio, and K. Fukagata
  • 学会等名: European Drag Reduction and Flow Control Meeting - EDRFCM 2017, Rome, Italy, April 3-6, 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Proposal of control laws for turbulent friction drag reduction based on resolvent analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Kawagoe, S. Nakashima, M. Luhar, and K. Fukagata,
  • 学会等名: 16th European Turbulence Conference (ETC16), Stockholm, August 21-24, 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Turbulent friction drag reduction based on resolvent analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Kawagoe, S. Nakashima, M. Luhar, and K. Fukagata
  • 学会等名: The Ninth JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference (TFEC9), Okinawa, October 27-30, 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Resolvent analysis of suboptimal control for turbulent skin friction drag reduction (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Nakashima, K. Fukagata, and M. Luhar
  • 学会等名: 70th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics, Denver, November 19-21, 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Resolvent-based feedback control for turbulent friction drag reduction (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Kawagoe, S. Nakashima, M. Luhar, and K. Fukagata
  • 学会等名: 70th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics, Denver, November 19-21, 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 進行波状壁面変形によるチャネル乱流抵抗低減のパラメトリックスタディ (2016)
  • 著者名/発表者名: 河合 謙，深潟 康二
  • 学会等名: 日本機械学会第94期流体工学部門講演会
  • 発表場所: 山口大学（山口県・宇部市）
  • 年月日: 2016-11-12
• [学会発表] 準最適制御による乱流摩擦抵抗低減のレゾルベント解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中島 聡，深潟 康二，Mitul Luhar
  • 学会等名: 日本機械学会第94期流体工学部門講演会
  • 発表場所: 山口大学（山口県・宇部市）
  • 年月日: 2016-11-12
• [学会発表] 準最適制御を用いた角柱周り流れの抵抗低減 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤田 洋輔，深潟 康二
  • 学会等名: 日本機械学会第94期流体工学部門講演会
  • 発表場所: 山口大学（山口県・宇部市）
  • 年月日: 2016-11-12
• [学会発表] Direct numerical simulation of drag reduction with uniform blowing over a rough wall (2016)
  • 著者名/発表者名: E. Mori, M. Quadrio, and K. Fukagata
  • 学会等名: 11th Int. ERCOFTAC Symp. on Engineering Turbulence Modelling and Measurements (ETMM11)
  • 発表場所: Palermo (Italy)
  • 年月日: 2016-09-21
  • 国際学会
• [学会発表] Large eddy simulation of flow around a circular cylinder controlled using plasma actuators (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Mukumoto and K. Fukagata
  • 学会等名: 11th European Fluid Mechanics Conference (EFMC11)
  • 発表場所: Seville (Spain)
  • 年月日: 2016-09-12
  • 国際学会
• [学会発表] Numerical simulation of flow and heat transfer around a circular cylinder using immersed boundary method (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Kor and K. Fukagata
  • 学会等名: irst Pacific Rim Thermal Engineering Conference (PRTEC2016)
  • 発表場所: Hawaii (USA)
  • 年月日: 2016-03-13
  • 国際学会
• [学会発表] Turbulent friction drag reduction by streamwise and spanwise traveling waves (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Fukagata
  • 学会等名: FOR 1779 Symposium Active Drag Reduction
  • 発表場所: Aachen (Germany)
  • 年月日: 2015-11-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Flow control based on some integral relationships (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Fukagata
  • 学会等名: ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2015
  • 発表場所: Seoul (Korea)
  • 年月日: 2015-07-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Drag reduction in spatially developing turbulent boundary layers by blowing at constant mass-flux (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Kametani, K. Fukagata, R. Orlu, and P. Schlatter
  • 学会等名: 9th Int. Symp. on Turbulence 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] Direct numerical simulation of a compressible turbulent channel flow with uniform blowing and suction through isothermal walls (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kametani and K. Fukagata
  • 学会等名: 67th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics
  • 発表場所: San Francisco, CA,USA
  • 年月日: 2014-11-23 – 2014-11-25
• [学会発表] Detached eddy simulation of spatially developing turbulent boundary layer at high Reynolds number with uniform blowing (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Kidogawa , Y. Kametani, and K. Fukagata
  • 学会等名: 10th Int. ERCOFTAC Symp. on Engineering Turbulence Modelling and Measurements (ETMM10)
  • 発表場所: Marbella, Spain
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] Direct numerical simulation of heat transfer control by means of traveling wave-like wall deformation (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Uchino and K. Fukagata
  • 学会等名: 10th Int. ERCOFTAC Symp. on Engineering Turbulence Modelling and Measurements (ETMM10)
  • 発表場所: Marbella, Spain
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] Drag reduction in turbulent bounady layers: effect of uniform blowing and suction (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kametani, K. Fukagata, R. Orlu, and P. Schlatter
  • 学会等名: 10th Int. ERCOFTAC Symp. on Engineering Turbulence Modelling and Measurements (ETMM10)
  • 発表場所: Marbella, Spain
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] Suboptimal control of spatially developing turbulent boundary layers (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Stroh, K. Fukagata, P. Schlatter and B. Frohnapfel
  • 学会等名: 10th European Fluid Mehcanics Conference (EFMC10)
  • 発表場所: Copenhagen, Denmark
  • 年月日: 2014-09-14 – 2014-09-18
• [学会発表] Relaminarization of turbulent channel flow by pre-determined control (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Fukagata
  • 学会等名: 2013 SIAM Annual Meeting
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamical optimization of the trailing-edge shape of a bluff body by means of extremum-seeking (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Nakayama, H. Naito, and K. Fukagata
  • 学会等名: 21st AIAA Computational Fluid Dynamics Conference
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
• [学会発表] Determination of the strength of dielectric barrier discharge plasma actuators for lift and drag control (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Mizokami, D. Noguchi, and K. Fukagata
  • 学会等名: 21st AIAA Computational Fluid Dynamics Conference
  • 発表場所: Poitier, France
• [学会発表] Numerical simulation of passive control of flow around a circular cylinder using (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Fukagata
  • 学会等名: KTH–Fluid Mechanics Seminar
  • 発表場所: Stockholm, Sweden
  • 招待講演
• [学会発表] 進行波状壁面変形を用いた伝熱制御の直接数値シミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 内野 圭介，深潟 康二
  • 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
• [備考] 慶應義塾大学 深潟研究室
  • URL: http://kflab.jp
• [備考] 慶應義塾大学理工学部機械工学科 深潟研究室
  • URL: http://kflab.jp
• [備考] 慶應義塾大学理工学部機械工学科・深潟研究室
  • URL: http://www.fukagata.mech.keio.ac.jp/ja/