研究課題
粗度と乱流摩擦抵抗の関係は、従来、粗度高さに着目した研究が主に行われており、粗度の形状と乱流摩擦抵抗の関係がどうなっているかは明らかで無かった。そこで粗度の形状パラメータが乱流摩擦抵抗にどのような影響を与えるか調査するため、２次元幾何形状粗度を対象として、DNSよる流場計算、二重円筒試験による抵抗値の計測と流場計測、平板模型を対象とした曳航水槽試験による抵抗計測、平板模型を対象とした風洞における流速分布計測を実施した。これらの計算結果、計測結果を解析した結果、いわゆる粗面の乱流摩擦抵抗は、剪断力と局所的な圧力抵抗の和で構成されることが判った。特に粗度の形状が比較的なだらかな波状粗面の場合、乱流摩擦抵抗の変化の大半は局所的な圧力抵抗の変化で説明でき、その局所的な圧力抵抗は、粗度の流線方向の断面形状に依存する抵抗係数、粗度の間隔に依存する粗度間の干渉現象（上流側の粗度の伴流に下流側の粗度が入り、粗度周りの流れの速度が小さくなる。）、境界層内の速度分布により決まることが判った。これらの知見を踏まえて、２次元幾何形状粗面における粗度の形状パラメータと乱流摩擦抵抗の関係について、定式化を行った。また粗度形状パラメータと乱流摩擦抵抗の関係について、３次元形状の粗度への適用をを行うため、３次元幾何形状粗度についても、粗度形状、配置を変化させた粗度を施工した平板模型を対象とした系統試験を曳航水槽において実施し、粗度の形状パラメータと摩擦抵抗増加の関係について調査した。
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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International Journal of Heat and Fluid Flow
巻: to be publied ページ: xxx-xxx
日本マリンエンジニアリング学会誌
巻: 47巻5号 ページ: 7-12
