| 研究課題/領域番号 |
19J22589
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
仁村 友洋 東京理科大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| キーワード | 粘弾性流体 / 流れの不安定性 / 弾性乱流 / 弾性慣性乱流 / 直接数値シミュレーション / 可視化実験 |
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| 研究実績の概要 |
昨年度から引き続き，実施されたスウェーデン王立工科大学との共同研究である，低レイノルズ数流れにおける粘弾性流体の可視化実験を行った．可視化実験に先立ち，昨年度から実施していた直接数値シミュレーション結果から低レイノルズ数かつ高弾性数の領域において粘弾性の不安定性を確認している．シミュレーション結果と実験結果の対応を実現させるために，粘弾性の不安定性が確認できたパラメータ領域において，弾性数に相当する粘弾性流体の濃度を変化させながら，流れの可視化を行った．
本実験により回転クエット流れにおいて粘弾性に起因する不安定性を低レイノルズ数流れにおいて確認することに成功した．この不安定性の結果は，従来層流で高い運動量の輸送を実現できない流れにおいて運動量輸送を促進させる新たな手法として期待される．
また，数値シミュレーションにおいては，低レイノルズ数のクエット流れにおいて他の系でも報告されている弾性乱流と類似した粘弾性不安定性のシミュレーションに成功した．この不安定性への遷移は，レイノルズ数と弾性数によって決まることがわかった．さらに，系の回転によって加わるコリオリ力の不安定性も粘弾性の不安定性に対して優位に働き，現れる構造の変化を確認した．
これらの数値シミュレーションの結果についても英文雑誌への投稿も予定している．不安定性の発生する条件やメカニズムについて詳しい調査を，実験結果とシミュレーション結果とを比較・検討しながら現在進めている．これらの実験とシミュレーションにおいて発見された粘弾性の不安定性についての結果を英文雑誌に投稿準備中である．また，数値シミュレーションの結果については国内学会において発表を行った．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度では，数値シミュレーション結果において確認されていた粘弾性に起因する不安定性に加えて，粘弾性流体の可視化実験によっても不安定性を確認することができた．さらに数値シミュレーションにおいては，低レイノルズ数のクエット流れにおいて弾性―慣性乱流の再現も成功させた．不安定性が発生する大まかなパラメータ領域も把握することができ，これらの知見を活かして来年度の詳細な調査が可能と考えられる．以上を踏まえ，当初の計画に沿っておおむね順調に進展していると言える．
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| 今後の研究の推進方策 |
実験と数値シミュレーションの両方のアプローチで粘弾性流体の不安定性を確認することができたので，その発生する条件やメカニズムに重点を置きながら詳細な調査を行い，弾性乱流および弾性―慣性乱流の遷移現象の理解を目指す．また，粘弾性流体の乱流では，運動量輸送と熱伝達の非相似性が確認されており，本研究で発見した粘弾性不安定性においても熱伝達の解析を行うことでその非相似性の評価を行い，工学的な応用を見据えた粘弾性不安定性の乱れ特性を調査する．
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