• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2022 年度 実績報告書

渦生成・発達・消滅過程の定量的解析と高効率壁乱流制御への応用

研究課題

研究課題/領域番号 21H01245
研究機関東京農工大学

研究代表者

岩本 薫  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50408712)

研究分担者 光石 暁彦  大阪電気通信大学, 工学部, 准教授 (90456715)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード壁乱流 / 渦 / 輸送方程式 / 直接数値計算 / 乱流制御
研究実績の概要

壁に沿う乱流場の核心的構造である「渦」の生成・発達・消滅過程を含むライフサイクルを,新たに導出した渦構造の輸送方程式を用いて定量的に解明し,さらに,従来勘案できなかった渦の時間発展に着目し,摩擦抵抗の高効率な低減制御手法を確立することを目的として,以下の2項目を実施した.
①壁に沿う乱流場における渦のレイノルズ数依存性を評価するために,3つのレイノルズ数(摩擦レイノルズ数が110,300,650)の乱流場を直接数値計算を用いて再現した.新規に導出した渦構造の輸送方程式各項の流体力学的特性を統計的に評価した.従来のレイノルズ応力の輸送方程式の場合と同様に,各項の分布はレイノルズ数に依らず同様の傾向を示すが,レイノルズ数が増加するにつれて緩やかに変化した.
②従来から大きな抵抗低減効果を有することが報告されていた「壁面からある距離における(渦の)壁垂直方向の速度成分をセンシングし,その逆位相の吹出し・吸込み速度を壁面上の制御入力として与える制御」に,渦の輸送方程式の実質微分項を制御の入力に追加して,抵抗低減効果に与える影響を評価した.その結果,些少ではあるがより高い抵抗低減効果を得たことから,渦の生成・消滅過程を導入した制御アルゴリズムの有効性が示された.具体的には,渦の消滅課程により大きな吹出し・吸込み速度を壁面上で与え,渦の消滅を早める制御において,抵抗低減効果が増加した.他方,渦の生成過程でより強い制御入力を与えて渦の生成を抑える制御アルゴリズムでは,抵抗低減効果が減少した.

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

交付申請書に記載された本年度の研究実施計画を全て実施したため.

今後の研究の推進方策

今年度では「壁面からある距離における(渦の)壁垂直方向の速度成分をセンシングし,その逆位相の吹出し・吸込み速度を壁面上の制御入力として与える制御」に,渦の輸送方程式の情報を制御の入力に追加したが,複雑な渦構造への最適な制御入力の関係は依然として不明である.来年度は,渦の輸送方程式の情報をどのように制御アルゴリズムに追加するのかを強化学習を用いて最適化する.総じて,高効率に摩擦抵抗を低減するために,時間発展を含めた渦構造への最適な制御手法を確立する.

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2022 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Dependence of mainstream angle of vortex generator arrays on heat transfer enhancement in boundary layer flow on flat plate based on direct numerical simulation2022

    • 著者名/発表者名
      Ohta Takumi、Mitsuishi Akihiko、Shimura Takaaki、Iwamoto Kaoru、Murata Akira
    • 雑誌名

      International Journal of Heat and Mass Transfer

      巻: 198 ページ: 123362~123362

    • DOI

      10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123362

    • 査読あり
  • [学会発表] Evaluation of Drag Reduction Effect and Surface Stress on Riblet in Turbulent Channel Flow Using Direct Numerical Simulation2022

    • 著者名/発表者名
      T. Tanisho, A. Mitsuishi, K. Iwamoto and A. Murata
    • 学会等名
      The 15th World Congress in Computational Mechanics
    • 国際学会
  • [学会発表] Prediction of Friction Drag in Pulsating Turbulent Pipe Flow by Deep Learning for Improvement of Generalization Capability2022

    • 著者名/発表者名
      K. Matsubara, A. Mitsuishi, K. Iwamoto and A. Murata
    • 学会等名
      The 12th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
    • 国際学会
  • [学会発表] Prediction of Drag Reduction Effect in Turbulent Pulsating Pipe Flow by Machine Learning Based on Experimental Data2022

    • 著者名/発表者名
      T. Kitta, A. Mitsuishi, K. Iwamoto and A. Murata
    • 学会等名
      The 12th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
    • 国際学会
  • [学会発表] 流れ方向に一様なブレードを有する振動円管内流れにおける微細渦の伝熱促進効果2022

    • 著者名/発表者名
      寺原 彬弘,光石 暁彦,岩本 薫,村田 章
    • 学会等名
      日本機械学会関東支部第29期総会・講演会
  • [学会発表] 進行波制御によって抵抗低減された乱流境界層流れのLDV計測2022

    • 著者名/発表者名
      吉田 泰大,光石 暁彦,岩本 薫,村田 章
    • 学会等名
      第38回生研TSFDシンポジウム「乱流シミュレーション、データ科学による流れのモデリング、予測、制御」
  • [学会発表] 流れ方向に一様な突起を設置した振動円管内流れにおける双子渦による伝熱促進メカニズム2022

    • 著者名/発表者名
      岡本 士門,光石 暁彦,岩本 薫,村田 章
    • 学会等名
      第36回数値流体力学シンポジウム
  • [学会発表] 円管内脈動乱流の時系列予測を目的とした深層学習モデルにおける CNN 低次元モードの解析2022

    • 著者名/発表者名
      松原 一憲,光石 暁彦,岩本 薫,村田 章
    • 学会等名
      第36回数値流体力学シンポジウム
  • [学会発表] 円管内乱流の脈動制御の最適化に向けた機械学習による抵抗低減効果の予測2022

    • 著者名/発表者名
      橘田 拓歩,光石 暁彦,岩本 薫,村田 章
    • 学会等名
      日本機械学会 第100期 流体工学部門講演会
  • [学会発表] 直接数値計算を用いたチャネル乱流におけるリブレットの抵抗低減効果とリブレット基部に発生するトルクの評価2022

    • 著者名/発表者名
      谷所 俊亮,光石 暁彦,岩本 薫,村田 章
    • 学会等名
      日本機械学会 第100期 流体工学部門講演会
  • [学会発表] 進行波状壁面に沿う乱流境界層流れのLDVによる2成分計測2022

    • 著者名/発表者名
      吉田 泰大,光石 暁彦,岩本 薫,村田 章
    • 学会等名
      流体力学会年会2022
  • [学会発表] 進行波制御下の乱流境界層流れに対するLDV計測と抵抗低減メカニズムの解析2022

    • 著者名/発表者名
      吉田 泰大,光石 暁彦,岩本 薫,村田 章
    • 学会等名
      日本機械学会 第100期 流体工学部門講演会
  • [備考] 東京農工大学 大学院 工学府 機械システム工学専攻 岩本研究室ホームページ

    • URL

      https://iwamoto.lab.tuat.ac.jp/

URL: 

公開日: 2023-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi