| 研究課題/領域番号 |
09450076
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
流体工学
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
三宅 裕 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50029005)
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| 研究分担者 |
太田 貴士 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10273583)
辻本 公一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10243180)
梶島 岳夫 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30185772)
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| 研究期間 (年度) |
1997 – 1998
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| キーワード | 乱流 / 乱流制御 / DNS / 壁乱流 / 粗面壁 / 縦渦 / 数値流体力学 / トムズ効果 |
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| 研究概要 |
壁乱流中に発生する微細組織構造の局所制御の基礎的知見を得るために、壁近傍を操作した場合の乱れ特性の変化を直接シミュレーションにより評価した。
スパン方向に振動壁を持つ溝乱流場では、振動壁により縦渦上流端でのスパン方向のせん断層の流れ方向への変換が抑制されることで、縦渦自身への渦の供給が妨げられ、縦渦の発生・維持が抑制されることが分かった。
粗面壁を持つ溝乱流場では、壁近傍に砂粒粗さとリブを配置した場合について検討した。壁近傍では粗面により縦渦構造の発生は抑制され、また要素形状を反映した組織渦構造の発生が起こるが、壁近傍の乱れの巨視的特性への影響は少なく、従来から考えられている縦渦の様な強い組織構造によらなくとも運動量交換が行われることを確認した。また、壁近傍での乱れの変化の影響は遠くに及ばず、壁遠方場の乱れ特性は巨視的尺度でスケーリングされることを確認した。
乱流摩擦抵抗の低減のために粘性力に比例する外力を与え、壁近傍の乱れ構造を抑制した。高/低レイノルズ数の場合との比較から、壁近傍だけの抑制でも有効な抵抗削減が図られることを示した。また、この場合も壁近傍を操作した影響は壁近傍内に収まり、遠方では巨視的尺度でスケールされることを示した。さらに、最小渦スケールでスケーリングした結果、壁遠方場でもチューブ状の微細渦構造が発生していることが確認され、壁近傍から壁遠方場にいたる全領域で微細渦構造が発生し、それらが群を形成していることを明らかにした。
壁近傍から遠方場までの乱れ構造を抑制した場合を評価することならびに、高分子材を添加した場合の抵抗削減効果の解明のため、離散要素(球-バネモデル)を投入した大規模シュレーションを行った。その結果、計算結果は実験事実と整合し、乱れの再配分効果の抑制が抵抗削減の要因であることを明らかにした。
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