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本研究は低摩擦型塗料を含む各種船体外板用防汚塗料による摩擦抵抗増加量を定量的に推定する手法を開発しようとするものである。そのためには、各種塗膜粗面の表面形状に対する粗度関数、すなわち粗度レイノルズ数と乱流境界層内の無次元速度分布の減少量との関係を明らかにする必要がある。本研究では塗膜粗面を波状粗面と捉え、その波長波高比によって粗度関数が変化するとの推察のもと、回転円筒装置を用いて粗度関数を計測することを試みた。回転円筒装置とは円筒水槽の内部で表面に塗料を塗布した塩化ビニル製の円筒を回転させることで塗膜の摩擦特性を調べる実験装置である。円筒の回転トルクから塗膜の摩擦の大小を調べることができ、かつ高回転で回転させることで実船相当の粗度レイノルズ数域まで計測を実施することが可能である。回転円筒の回転トルクと円筒表面近傍の速度分布をLDVによって詳細に計測することによって、波長波高比が異なる３種の塗膜粗面の粗度関数を計算定する方法を新たに示した。塗膜表面の形状についてはレーザー変位計によって62.5μmピッチで計測し、塗膜の厚みについても精度よく計測することで、塗膜形状と粗度関数の関係を高精度で関連付けた。その結果、塗膜の粗度関数は一般的な砂粗度の粗度関数とは異なり、波長が長いほど小さくなること、また高粗度レイノルズ数域での挙動は上に凸の関数となり、概ね一定値に近づく傾向があること、その一定値は波長が長いほど小さいこと、などが分かった。さらに、計測結果から波長波高比のみで粗度関数を整理することは困難であることが示唆され、さらに高次の粗度パラメタを説明変数に加えることが必要であることが分かった。その候補としては、いわゆるクルトシスが有力であり、今後多数の塗膜粗面に対して計測を実施することでその検証を行っていくことが重要であると結論付けられた。
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