超高精度計測システムとDNSを用いた表面粗度の流体摩擦抵抗影響の理論化の研究

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22246112
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 船舶海洋工学
• 研究機関: 独立行政法人海上技術安全研究所
• 研究代表者: 川島 英幹 独立行政法人海上技術安全研究所, EEDIプロジェクトチーム, 上席研究員 (20450679)
• 研究分担者: 川口 靖夫 東京理科大学, 理工学部, 教授 (20356835) ; 辻 義之 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00252255) ; 岩本 薫 東京農工大学, 工学研究科, 教授 (50408712) ; 堀 利文 海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (50505104) ; 牧野 雅彦 海上技術安全研究所, 流体設計系, 主任研究員 (90415795) ; 深澤 良平 海上技術安全研究所, 流体設計系, 研究員 (80505107)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: 乱流摩擦抵抗 / 粗度形状パラメータ / 幾何形状粗度 / 水槽試験 / DNS / 二重円筒試験 / 風洞試験 / 流場計測

研究概要

粗度形状パラメータと乱流摩擦抵抗の関係を調査するため、幾何形状粗度を対象としてDNS計算、二重円筒試験、曳航水槽試験、風洞試験を実施した。その結果、粗面の乱流摩擦抵抗は、剪断力と局所的な圧力抵抗の和となり、粗度の形状がなだらかな波状粗面の場合、乱流摩擦抵抗の変化は局所的な圧力抵抗の変化で説明でき、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、境界層内の速度分布に支配されることが判った。そして粗度形状パラメータと乱流摩擦抵抗の関係について定式化し、摩擦抵抗増加の推定式を導出した。

研究成果

• [雑誌論文] Experimental investigations on frictional resistance and velocity distribution of rough wall with regularly distributed triangular ribs (2013)
  • 著者名/発表者名: 本澤政明、伊藤崇広、岩本薫、川島英幹、三重野絋央、安藤裕友、千田哲也、辻義之、川口靖夫
  • 雑誌名: International Journal of Heat and Fluid Flow
  • 査読あり
• [雑誌論文] 平行平板曳航法による塗装面の乱流摩擦抵抗計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 川島英幹、堀利文、牧野雅彦、竹子春弥
  • 雑誌名: 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
• [学会発表] 粗度の形状パラメータが乱流摩擦抵抗に与える影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 川島英幹、牧野雅彦、深澤良平、竹子春弥、川口靖夫、辻義之、岩本薫、本澤政明、増田 宏、三重野紘央
  • 学会等名: 日本船舶海洋工学会 平成24年度秋季講演会
  • 発表場所: 東京大学柏キャンパス
  • 年月日: 2012-11-27
• [学会発表] 半円型リブ列を有する壁面の速度分布計測に基づく流体抵抗モデル構築 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐野喜隆、本澤政明、岩本薫、川島英幹、三重野絋央、安藤裕友、千田哲也、川口靖夫
  • 学会等名: 日本機械学会流体工学部門講演会
  • 発表場所: 同志社大学今出川キャンパス
  • 年月日: 2012-11-17
• [学会発表] Effect of wavelength of turbulent thermal boundary layer with sinusoidal wavy wall by direct numerical simulation (2012)
  • 著者名/発表者名: 守裕也、宇田川翔太郎、岩本薫、村田章、深潟康二、川島英幹、川口靖夫、辻義之
  • 学会等名: JSME-CMD ICMS2012
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2012-10-09
• [学会発表] 乱流境界層における対数領域とカルマン定数に関する実験的考察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 和田裕貴、後藤克基、吉田潤、山北智徳、川島英幹、辻義之
  • 学会等名: 日本流体力学会 年会2012
  • 発表場所: 高知大学
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] 低レイノルズ数乱流境界層における実験と数値計算との比較 (2012)
  • 著者名/発表者名: 後藤克基、和田裕貴、吉田潤、山北智徳、辻義之、川島英幹
  • 学会等名: 日本流体力学会 年会2012
  • 発表場所: 高知大学
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] 粗面乱流境界層における摩擦抵抗係数の考察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉田潤、後藤克基、和田裕貴、山北智徳、川島英幹、辻義之
  • 学会等名: 日本流体力学会 年会2012
  • 発表場所: 高知大学
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] PROPOSAL OF FLOW RESISTANCE ESTIMATION BASED ON VELOCITY DISTRIBUTION (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐野喜隆、本澤政明、岩本薫、川島英幹、三重野絋央、安藤裕友、千田哲也、川口靖夫
  • 学会等名: 8th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics, and Thermodynamics
  • 発表場所: ポルトガル リスボン
  • 年月日: 2012-06-16
• [学会発表] Direct Numerical Simulation of Turbulent Taylor-Couette Flow with a Roughened Inner Cylinder (2012)
  • 著者名/発表者名: 石川学、塚原隆裕、本澤政明、岩本薫、川島英幹、川口靖夫
  • 学会等名: TFEC8(第8回韓国機械学会、日本機械学会熱流体工学会議)
  • 発表場所: Songdo Convensia Center, 仁川、韓国
  • 年月日: 2012-03-21
• [学会発表] 乱流摩擦抵抗に影響を与える粗度パラメータ解明のための周期的粗度生成法について (2011)
  • 著者名/発表者名: 牧野雅彦、川島英幹、堀利文、深澤良平、川口靖夫、辻義之、岩本 薫、本澤政明
  • 学会等名: 日本船舶海洋工学会秋季講演会
  • 発表場所: タワーホール船堀
  • 年月日: 2011-11-15
• [学会発表] 平行平板曳航法による塗膜面の乱流摩擦抵抗計測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 川島英幹、堀利文、牧野雅彦、竹子春弥
  • 学会等名: 日本マリンエンジニアリング学会第2回ワークショップ「船底塗料と海洋環境に関する最近の話題」
  • 発表場所: 千葉工業大学
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON EFFECTS OF SURFAACE ROUGHNESS GEOMETRY AFFCTING TO FLOW RESISTANCE (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊藤崇広、松本歩、伊藤稔久、本澤政明、岩本薫、川島英幹、安藤裕友、千田哲也、川口靖夫
  • 学会等名: AJK2011-FED(アメリカ機械学会、日本機械学会、韓国機械学会合同流体工学会議2011)
  • 発表場所: 浜松アクトシティ
  • 年月日: 2011-07-26
• [学会発表] Investigation of Turbulent Statistics using LDV and its Relation to the Flow Friction of Series of Ribs in the Turbulent Couette Flow (2011)
  • 著者名/発表者名: 松本歩、伊藤稔久、本澤政明、岩本薫、川島英幹、安藤裕友、千田哲也、川口靖夫
  • 学会等名: 9th INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY-PIV'11
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2011-07-21
• [学会発表] 乱流摩擦抵抗を増加させる粗度の形状パラメータについて (2011)
  • 著者名/発表者名: 川島英幹、牧野雅彦、堀利文
  • 学会等名: 日本船舶海洋工学会第16回推進性能・運動性能合同研究会
  • 発表場所: 東京大学柏キャンパス
  • 年月日: 2011-06-03
• [学会発表] 直接数値計算による正弦波状壁面乱流層における波長の影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 宇田川翔太郎、岩本薫、川島英幹、川口靖夫、辻義之
  • 学会等名: 第24回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス(神奈川)
  • 年月日: 2010-12-22