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2017 年度 実績報告書

全混相流場対応の高時間分解せん断応力計の開発と摩擦抵抗低減メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K18006
研究機関室蘭工業大学

研究代表者

大石 義彦  室蘭工業大学, 工学研究科, 助教 (90617078)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード流体工学 / 乱流 / せん断応力 / 抵抗低減 / 気泡 / 計測
研究実績の概要

本研究は局所せん断応力を高時間分解能でかつ単相の流体のみならず混相流のせん断応力を測定可能にした応力計の開発と混相流応力の正確な指標を作る目的にレーザー応力計の設計を目指した.設計した応力計はレーザー応力計は変位を検知するセンサー可動部とドップラー変位によるビート信号検出のための光学系と応力に分かれる.変位を検知するセンサー可動部は流体の流れる壁面に触れ(流体接地部),センサーを水平方向にスライドさせることで流れ方向のせん断応力のみ直接計測するシステムとなっている.受光装置によって得られたビート信号は信号増幅器で倍増され,バンドパスフィルタによって75~99 kHzの周波数を抽出する.信号処理器の設定を90 kHzに調節し,抽出したビート信号をDC変換し,データロガに記録する.ビート信号周波数の変化がセンサー受感部の変位となるため,検量線を用いて受感部の面積当たりにかかるせん断応力を導出できる.本研究では単相流におけるチャネル壁面せん断応力測定を行った.チャネル流れについて十分な実証実験を行い、曳航水槽実験による船模型実証実験を実施した.チャネル実験の実証実験は誤差15%以内の目標を達成した.曳航水槽実験ではせん断応力計の3種類の応力範囲の異なるセンサの実証実験を行い,応力計として使用可能であることを実証した.また,気泡流における実験を実施し,せん断応力から摩擦抵抗の違いを評価できた.これにより混相流体のせん断応力評価が可能となった.また,瞬時の応力データの波形から乱流イベントの周期より高い時間分解能で評価が可能となり局所摩擦抵抗のメカニズム解明につながった.

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件) 備考 (1件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Quantitative visualization of swirl and cloud bubbles in Taylor-Couette flow2017

    • 著者名/発表者名
      Bruno van Ruymbeke,Yuichi Murai, Yuji Tasaka, Yoshihiko Oishi, Celine Gabillet, Catherine Colin, Noureddine Latrache
    • 雑誌名

      Journal of Visualization

      巻: 20 ページ: 349-358

    • DOI

      https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs12650-016-0391-5

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Pressure field estimation from particle tracking velocimetry for vortex ring impinging on a sold wall2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiko Oishi, MomoTakeuchi, Hideki Kawai, Yuichi Murai
    • 学会等名
      2th International symposium of Particle Image Velocimetry
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a laser Doppler wall shear stress sensor for bubbly two-phase flow measurement2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiko Oishi, Sho Onuma, Hideki Kawai, Hyun Jin Park, Yuji Tasaka, Yuichi Murai
    • 学会等名
      Japan-U.S. Seminar on Two-Phase Flow Dynamics 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Void wave propagation in the turbulent boundary layer beneath a flat-bottom model ship2017

    • 著者名/発表者名
      Hyun Jin Park, Yoshihiko Oishi, Yuji Tasaka, Yuichi Murai
    • 学会等名
      Japan-U.S. Seminar on Two-Phase Flow Dynamics 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] 水平チャネル乱流における壁面近傍を流れる気泡群の可視化2017

    • 著者名/発表者名
      木下 雅也,大沼 翔,大石 義彦,河合 秀樹
    • 学会等名
      可視化情報全国講演会(室蘭2017)
  • [学会発表] 有限長固定端を持つTaylor-Couette流れの壁面近傍における低周波数ブロードバンド成分の影響2017

    • 著者名/発表者名
      藤井 達也,青塚 公希,大石 義彦,河合 秀樹,村川 英樹,木倉 宏成
    • 学会等名
      可視化情報全国講演会(室蘭2017)
  • [学会発表] 電解液を用いた管内流れ場中の水素発生効率の評価2017

    • 著者名/発表者名
      大石 義彦,山本駿悟,河合 秀樹,佐々木大地
    • 学会等名
      日本機械学会2017年度年次大会
  • [学会発表] 水平チャネル内乱流条件における単一気泡挙動の可視化2017

    • 著者名/発表者名
      木下 雅也,大沼 翔,大石 義彦,河合 秀樹,村井 祐一
    • 学会等名
      日本機械学会2017年度年次大会
  • [学会発表] 水平チャネル内壁面近傍における気泡通過時の瞬時せん断応力の直接計測2017

    • 著者名/発表者名
      大沼翔、大石義彦、河合秀樹、村井祐一
    • 学会等名
      混相流シンポジウム2017
  • [学会発表] りん片粒子を用いた有限長の上下固定端Taylor-Couette流れにおける壁面近傍の可視化2017

    • 著者名/発表者名
      藤井達也,大石義彦,河合秀樹
    • 学会等名
      第45回可視化情報シンポジウム
  • [備考] 研究紹介(室蘭工業大学 大石義彦)

    • URL

      http://rdsoran.muroran-it.ac.jp/html/100000068_ja.html

  • [産業財産権] 流体せん断応力の光学的直接計測装置および応力解析2018

    • 発明者名
      大石義彦
    • 権利者名
      大石義彦
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2018-064099
  • [産業財産権] 測定システム2017

    • 発明者名
      大石義彦
    • 権利者名
      大石義彦
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2017-120303

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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