| 研究課題/領域番号 |
17K14591
|
|---|
| 研究機関 | 大阪府立大学 |
|---|
研究代表者 |
桑田 祐丞 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40772851)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
|
| キーワード | 粗面乱流 / 乱流モデル / 空間・レイノルズ平均 / 格子ボルツマン法 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本年度は，粗面を代表とするパラメータである根二乗粗さ高さ・ひずみ度の異なる粗面を数値的に作成し，格子ボルツマン法を用いた直接的な乱流数値解析を行った．解析は，前年度に行ったものに加えて，レイノルズ数を上げた解析を行い，より多くのデータを取得した．
得られた解析結果を用いて，根二乗粗さ高さ・ひずみ度が乱流摩擦抵抗に与える影響と摩擦抵抗の増大メカニズムを，空間平均・レイノルズ平均理論を用いて明らかにした．さらに，これらの粗面パラメータを用いて乱流摩擦抵抗を予測する代数式を開発し，既往の代数式に比べて高い予測精度を有することを確認した．開発した代数式の適用範囲をさらに広げるために，粗面要素の平均波長に着目し，平均波長を様々に変えた粗面を数値的に生成し，同様の直接数値解析を実施した．その結果，根二乗粗さ高さ・ひずみ度に加えて粗面の平均波長も乱流摩擦抵抗に大きく寄与するパラメータの１つになりうることを確認した．
粗面に生じる乱流摩擦抵抗を予測する代数式を開発するいっぽうで，本年度はこれまでに取得した直接数値解析のデータを用いて，粗面乱流を低いコストで予測することができる空間平均・レイノルズ平均（2重平均）乱流モデルを構築した．開発したモデルは，これまでに実施した直接数値解析データに加えて，既往の実験データと照らし合わせることでモデル評価を行った．その結果，開発した乱流モデルは様々な形態の粗面に対しても汎用的に乱流摩擦抵抗の予測が可能であることを確認した．
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度は，前年度に引き続き，粗面を代表とするパラメータである根二乗粗さ高さ・ひずみ度の異なる粗面を用いて直接的な数値解析を行い，解析結果を基に乱流摩擦抵抗を簡単に予測するための代数式を開発した．また，代数式の汎用性を広げるために，粗面の重要な構造パラメータの１であると報告されている粗面要素の波長に着目し，粗面要素の平均波長を様々に変えた粗面を作成し，大規模直接数値解析を進めている．粗面の摩擦抵抗を簡便に予測するための代数式の開発は，当初の計画通りに進められている．代数式の開発と同時に，粗面乱流を予測するために空間平均モデルの開発も進行しており，前年度に構築したモデルの詳細な評価を行った．また，当初の研究計画通りに，空間平均に加えてレイノルズ平均の2重の統計操作を行う工学的な乱流モデルの構築を行った．これまでに蓄積した直接数値解析データを基に，開発した乱流モデルの基礎的な妥当性の検証を完了させた．数値的に作成した粗面を用いた評価の他に，実際の粗面を用いた既往の実験データを用いて，開発モデルのさらなる評価を行うなど，当初の研究計画を大きく上回るペースで研究を進めることができている．
|
| 今後の研究の推進方策 |
次年度は，粗面の重要な構造パラメータの１であると報告されている粗面要素の波長に着目して，粗面要素の平均波長を様々に変えた粗面を作成し，直接的な大規模数値解析を実施する．得られた数値解析データを持ちいて，流摩擦抵抗を簡単に予測するための代数式のさらなる改良を目指す．また，本年度に開発した空間平均・レイノルズ平均理論に立脚した工学的な乱流モデルの汎用性を広げ，さらなる精度向上を目指し，モデルのさらなる評価を進める．具体的には，比較的レイノルズ数の低い領域である遷移粗面領域の乱流に対するモデル評価と，これまでの評価した粗面とは異なる構造を持つ粗面での評価を進める．さらに，次年度では，タブレット端末・スマートフォンなどを用いて高速かつ簡単な解析の実行を目的として，開発モデルを簡素化し，計算コストのさらなる削減を目指す．具体的には，本研究で開発した乱流モデルのベースとなる乱流モデルをより低次なモデルへと変更し，より少ない演算で解析可能な乱流モデルの開発を進める．
|
