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摩擦抵抗低減効果を持つ機能性船底塗料のうち、海水中で水和層を形成する水和型塗料に注目し、その抵抗低減効果のメカニズムを解明し、流れ場に依存しない抵抗低減効果発現のためのパラメータを特定するための実験的・数値的研究を行なった。令和４年度は、実験的研究として平板境界層の実験において平板に働く全抵抗を測定する抵抗試験を行うと同時に、平板近傍の速度場をレーザードップラー流速計(LDV)を用いて計測した。得られた速度データを時間平均して平均速度分布を算出し、さらに乱流変動成分を求めた。変動成分を解析することによって平板前縁から発生する縦渦構造の存在を評価することが可能となり、機能性塗料を用いた場合は縦渦の生成が抑制されることが実験的に確かめられた。対応する数値計算では、前年度はラージエディシミュレーション(LES)の解析を実施していたが、平板境界層のような層流-乱流遷移流れでは乱流モデルによる解析精度が問題となることが示されていたため、令和4年度は乱流モデルを用いない直接数値計算(DNS)を実行する解析コードを開発し、平板境界層の解析を行なった。DNS結果より抵抗増減に寄与する乱流渦構造を抽出し、平板境界層における横渦から縦渦への形成・遷移機構を明らかにした。さらにこれらの渦構造を選択的に形成を抑制することができる機能性船底塗料を開発できれば効率的な抵抗低減が可能であることを示した。
最後に、研究期間全体で実施したテイラークエット流れ及び平板境界層の実験結果及び数値計算結果を包括的に検証し、各流れ場に特徴的な渦構造を特定して抵抗に寄与する成分を選択的に分離することによって機能性船底塗料による抵抗増減効果を定量的に評価する方法を提案した。
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