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2021 年度 実績報告書

層流ー乱流が共存する亜臨界遷移流れの応用展開

研究課題

研究課題/領域番号 19H02071
研究機関東京理科大学

研究代表者

塚原 隆裕  東京理科大学, 理工学部機械工学科, 准教授 (60516186)

研究分担者 川口 靖夫  東京理科大学, 理工学部機械工学科, 教授 (20356835)
福留 功二  東京理科大学, 工学部機械工学科, 助教 (70710698)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード亜臨界遷移 / 壁乱流 / DNS / 環状流 / 非相似性
研究実績の概要

本年度は,同心二重円筒間における環状流路の強制対流に加えて,側壁の影響(有限性)を加味したダクト流,自然対流や共存対流も含めた各種流動形態について個別にDNSを行い,亜臨界乱流遷移過程としての共通点を見出し,その統一的解釈の実現を目指した.現象の工学的応用を目指して,内円筒回転(Taylor-Couette-Poiseuille流)による螺旋乱流への効果や,局所撹乱誘起の乱流斑点に見る熱と流れの非相似性に着目した解析を行った.また,内円筒の偏心を伴う環状流の可視化実験結果に基づいて,内円筒偏心による臨界条件の制御効果および遷移構造に関する観察結果の整理を行った.これらの得られた知見について,学術雑誌論文発表等により公知するため,2件の論文を英文学術誌に投稿中であり,国際会議での口頭発表を複数予定している.
以降に箇条書きで,本年度に実施した内容を示す.
・環状流(Poiseuille流/Couette流/Couette-Poiseuille流/Taylor-Couette-Poiseuille流)およびダクト流のDNSを実施し,螺旋乱流などの局在乱流パターニングの特徴や,DP(Directed Percolation)普遍クラスとしての特徴を一部明らかにした.特に,環状流(CP/TCP流)における「螺旋乱流の発生範囲」を一部明らかにした.
・自然/共存対流における「局在乱流パターニングの発生範囲」を明らかにし,一部条件下で層流化を引き起こすことを見出した.また,Couette流の局在乱流(乱流斑点)における「熱と運動量輸送の非相似性」を調査して,斑点の空間的発達成長において伝熱優位の非相似性を見出した.
・偏心環状流の可視化実験に基づき,「偏心率に対する下臨界レイノルズ数の依存性」と「螺旋乱流の発生範囲」を一部明かにした.

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うちオープンアクセス 1件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 9件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] CNRS(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      CNRS
  • [雑誌論文] 乱流パフの時空間欠性とDP普遍性に関する一考察:環状クエット・ポアズイユ流の直接数値シミュレーション2021

    • 著者名/発表者名
      竹田 一貴,森松 浩隆,塚原 隆裕
    • 雑誌名

      東北大学サイバーサイエンスセンター大規模科学計算システム広報SENAC

      巻: 54 ページ: 22-33

    • オープンアクセス
  • [学会発表] 温度成層平面ポアズイユ乱流の熱流動特性2022

    • 著者名/発表者名
      福留 功二, 塚原 隆裕,守 裕也,山本 誠
    • 学会等名
      第37回生研TSFDシンポジウム
  • [学会発表] Direct numerical simulation of subcritical wall turbulence using very large aspect-ratio domain2021

    • 著者名/発表者名
      T. Tsukahara
    • 学会等名
      32nd Workshop on Sustained Simulation Performance (WSSP32)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Scalar-source estimation of turbulent mass diffusion using machine learning2021

    • 著者名/発表者名
      T. Tsukahara
    • 学会等名
      The 8th Int. Workshop on Fluid Flow, Heat Transfer & Turbulent Drag Reduction (IWFHT2021)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Side-wall effect of high-aspect-ratio duct flow on turbulent bands in subcritical transition2021

    • 著者名/発表者名
      K. Takeda, M. Sano, and T. Tsukahara
    • 学会等名
      The 8th Asian Symp. on Computational Heat Transfer and Fluid Flow (ASCHT2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Subcritical transition of Taylor-Couette-Poiseuille flow2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsukawa and T. Tsukahara
    • 学会等名
      The 8th Asian Symp. on Computational Heat Transfer and Fluid Flow (ASCHT2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Patterning of turbulent natural convection in vertical channel2021

    • 著者名/発表者名
      T. Tsukahara, C. Izumi, Y. Matsukawa, and K. Takeda
    • 学会等名
      The 8th Asian Symp. on Computational Heat Transfer and Fluid Flow (ASCHT2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Intermittent turbulent structures in subcritical transition of annular Couette flow with/without imaginary domain2021

    • 著者名/発表者名
      K. Takeda and T. Tsukahara
    • 学会等名
      25th Int. Congress of Theor. Appl. Mech. (ICTAM2020+1)
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of intermittent structure in annular Couette-Poiseuille flow from turbulent puff to turbulent stripe2021

    • 著者名/発表者名
      H. Morimatsu and T. Tsukahara
    • 学会等名
      25th Int. Congress of Theor. Appl. Mech. (ICTAM2020+1)
    • 国際学会
  • [学会発表] Emergence of transport dissimilarity by growing turbulent spot in plane Couette flow2021

    • 著者名/発表者名
      K. Fukudome, T. Tsukahara, H. Mamori, and M. Yamamoto
    • 学会等名
      25th Int. Congress of Theor. Appl. Mech. (ICTAM2020+1)
    • 国際学会
  • [学会発表] Occurrence and disappearance of localized turbulence in Taylor-Couette-Poiseuille flow2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsukawa and T. Tsukahara
    • 学会等名
      21st Int. Couette-Taylor Workshop (ICTW21)
    • 国際学会
  • [学会発表] 対向回転するTaylor-Couette-Poiseuille 流の圧力勾配増加に伴う層流化2021

    • 著者名/発表者名
      松川 裕樹,塚原 隆裕
    • 学会等名
      第35回数値流体力学シンポジウム
  • [学会発表] 乱流パフの時空間欠性に関するDomany-Kinzel モデルによる再現の試み2021

    • 著者名/発表者名
      竹田 一貴,塚原 隆裕
    • 学会等名
      第35回数値流体力学シンポジウム
  • [学会発表] 亜臨界遷移の高アスペクト比ダクト流で形成される大規模乱流間欠構造に関する研究-側壁における乱流挙動に着目して-2021

    • 著者名/発表者名
      竹田 一貴,佐野 雅己,塚原 隆裕
    • 学会等名
      日本機械学会 第99期 流体工学部門講演会
  • [学会発表] Taylor-Couette-Poiseuille流における局在乱流の層流化2021

    • 著者名/発表者名
      松川 裕樹,塚原 隆裕
    • 学会等名
      日本機械学会 第99期 流体工学部門講演会
  • [学会発表] 鉛直平行平板間自然対流における亜臨界乱流遷移過程2021

    • 著者名/発表者名
      塚原 隆裕,泉 千種,松川 裕樹,竹田 一貴
    • 学会等名
      第58回日本伝熱シンポジウム

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公開日: 2022-12-28  

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