ゴルフボール周りの大規剥離流における低抗軽減メカニズム解明の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14750105
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 加藤 琢真 東北大学, 流体科学研究所, 講師 (60292231)
• キーワード: 数値流体力学 / 境界層剥離 / 抵抗軽減 / ゴルフボール / ディンプル

研究概要

本研究は、表面形状制御により流体抵抗を軽減させることを最終目標として、大規模剥離流を伴う代表例として、ゴルフボールのディンプルによる抵抗軽減メカニズムの解明を目指すものである。剥離流れの解析においては表面形状が重要な役割を果たすため、特にディンプルが剥離に及ぼす影響について検討している。
平成15年度は、数値解析アルゴリズムの高効率化、ならびにディンプル周りの流れを詳細に捉えるために、単純化したモデルでの計算を行った。計算アルゴリズムを並列化に対応させるため、前処理の段階で高精度計算に耐えうる計算格子を生成し、それを並列計算に用いるCPUの数に領域分割した。これにより、非並列計算と同程度の計算精度を維持しながら計算効率を向上させることができた。
これらのアルゴリズムによって領域分割されたデータを基に、東北大学流体科学研究所所有のスーパーコンピュータSX-5および東北大学シナジーセンター所有のSX-7を用いて大規模剥離流の計算を行った。計算対象としては、表面の中心線上にディンプルを模した円形くぼみを1列並べた円柱を一様流中に静止して置き、その周りの流れを解析した。これにより、ディンプルから発生する渦構造を詳細に捉えることができた。特に、ディンプル深さを変化させたとき、表面の剥離の様子や下流に発生する流れ方向に軸を持った縦渦を詳細に調べた結果、下流に発生する渦構造はディンプル深さによって変化し、また空力係数にも差が見られ、最適なディンプル深さが存在することが確認された。

研究成果

• [文献書誌] 石塚智之, 小濱泰昭, 加藤琢真, 菊地聡: "円弧型エアロトレイン翼の地面効果特性"日本機械学会論文集B編. (掲載予定). (2004)
• [文献書誌] Takuma Kato, Toshiyuki Hayase, Yasuyuki Kohama: "Biomedical and Environmental Researches in Transdisciplinary Fluid Integration (TFI) Research Center"AFI-2003, Fluid-Informatics for Biomedical and Environmental Quality Applications. 71-72 (2003)
• [文献書誌] 加藤琢真, 藤田健, 中橋和博, 見寄明男, 白石正貴: "ゴルフボールのディンプルから発生する流れ構造"日本流体力学会年会2003講演論文集. 76-77 (2003)
• [文献書誌] 加藤琢真, 伊藤靖, 中橋和博, 菊地聡, 小濱泰昭: "ダクト状ガイドウェイ内を走行するエアロトレインの地面効果特性"日本機械学会2003年度年次大会講演論文集. Vol.VI. 207-208 (2003)