| 研究課題/領域番号 |
19K04857
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
千賀 英敬 大阪大学, 工学研究科, 助教 (60432522)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 渦励振 / 浮力体 / 螺旋溝 |
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| 研究実績の概要 |
浮力体に要求される性能を満たしたうえで、渦励振を軽減可能な新しい浮力体形状として、ディンプルを用い、配置を変更した模型実験を実施した。本研究のレイノルズ数の範囲では渦励振の軽減性能が見られなかったため、研究代表者が過去に検討した螺旋に溝を掘ったの形状の浮力体について、検討した。過去の研究では、模型の幅のみをパラメータとして、渦励振の軽減性能を検証していた。本研究では、溝の深さをパラメータとした。また、過去の研究では小型回流水槽にて実験を実施していたため、レイノルズ数が10,000程度であったが、本研究では回流水槽を用いてレイノルズ数が50,000までを検討した。。３Dプリンタにて模型を作成し、渦励振の軽減性能を検証する実験を回流水槽にて実施した。模型の両端を固定し、模型に働く揚力と抗力、また両端をばね支持した際の模型の２次元運動として、模型端の中心の軌跡を計測した。実験結果より、溝を深くした方が、渦励振の軽減性能は向上するが、浮力体の直径を変更せずに必要な浮力を確保することが困難となる。
数値計算手法としては、OpenFOAMとANSYS Fluentを用いた。円柱および円柱側面に螺旋状に溝を掘った浮力体模型に働く力と模型周りの流場の可視化を行った。実験結果と比較し、螺旋溝を有する浮力体に働く力の定量的な一致を確認した。また、円柱よりも螺旋溝を有する形状の方が、揚力の最大値が低くなるという定性的な一致も確認した。数値計算結果により流れを可視化した結果、螺旋溝を有するも浮力体には溝と平行な流れが生じていることや円柱形状の模型後方に生成される渦形状とは異なることを確認した。これらの流れにより、浮力体から剥離する渦の長手方向の位相をずらすことができ、浮力体に働く揚力を軽減し、渦励振が抑制されたと考えられる。
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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
実験に関してはおおむね順調に進展している。数値計算に関しては、研究開始時に検討していた３次元離散渦法ではなく、OpenFOAMを用いているため、その解析精度確認と向上に時間を要している。
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| 今後の研究の推進方策 |
回流水槽ではなく、曳航水槽にて実験を行う。長さが数十cmの溝模型間をコイルバネで繋ぎ合わせ、数mとした連結模型を曳航し、模型に働く力やその運動を計測する。光学式の運動計測システムを用いることで、模型の多点の運動を計測することが可能である。
数値計算は、OpenFOAMを用いる。溝の幅と深さに関して最適な値を検討する。また、昨年度は回流水槽での浮力体模型サイズの短い模型の数値計算であったが、より流れの３次元性が現れる、曳航水槽で行う実験で用いる長い浮力体模型に対する計算を実施し、実験結果との比較を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
初年度に購入できなかったPIVレーザーの購入費の積み残し。PIVレーザーは所有のPIVレーザーのスリットを改修することにより対応した。回流水槽での実験に用いる治具を外注せずに自作したため。模型は３Dプリンタにて自作した、模型製作費が材料費のみで良いため。
次年度使用額にて、OpenFOAM用に高性能のPCを購入する。また３Dプリンタにより製作する模型の強度が不足する場合は、次年度使用額を用いて外注する。
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