| 研究概要 |
本研究は,壁面近傍における乱流渦構造の解析ならびに乱流の直接シミュレーション技術(DNS)を基礎として,壁近傍の乱流渦を制御する方法論の創出を目的としている.壁面での渦操作が壁乱流に及ぼす影響を,平行平板間乱流(チャンネル乱流)における三種類の要素に対して数値実験を実施し,シミュレートされた乱流場に対して壁面近傍の縦渦のダイナミックスに着目した解析を行った.
粗面壁を有する乱流場については,粗さ要素モデルを用いたDNS手法を開発し,粗面壁に沿う乱流構造の解析を行った.その結果,粗面壁固有の対数速度分布が得られ,実権結果と符合することが確認された.また,粗さ要素により組織構造の発達は抑制されるが,壁近傍場上部の大規模渦構造が活性化するため,壁近傍での渦の発生そのものは活発になり,摩擦抵抗が増大することがわかった.
振動壁による抵抗削減に関しては,壁をスパン方向に強制的に振動させたばあいのDNSを行った.振動壁により,縦渦上流端部におけるせん断層のre-orientationが妨げられ,縦渦自身への渦供給が減り,渦の発生・発達が抑制されることがわかった.
壁面への植毛の影響について,離散要素(球-ばね要素モデル)を用いたDNSを行った.高分子を添加した乱流場で実現される最大限速度に匹敵する抵抗削減効果が得られ,植毛などによる壁近傍の渦構造の操作により十分か抵抗低減が可能であることが示された.
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