• 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 実施状況報告書

乱流/非乱流界面層での高シュミット数スカラ散逸機構と化学反応現象の解明

研究課題

研究課題/領域番号 22K03937
研究機関公益財団法人名古屋産業科学研究所

研究代表者

酒井 康彦  公益財団法人名古屋産業科学研究所, 研究部, 上席研究員 (20162274)

研究分担者 久保 貴  名城大学, 理工学部, 教授 (20372534)
岩野 耕治  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20750285)
伊藤 靖仁  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40346078)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード乱流/非乱流界面層 / 高シュミット数スカラ / スカラ散逸機構 / 化学反応現象 / 高シュミット数分子混合モデル / 光ファイバ計測技術 / ラグランジュ粒子法
研究実績の概要

本研究は,乱流/非乱流界面近傍での高シュミット数スカラ量(本研究では具体的なスカラ量として液相中の物質濃度を扱う)の散逸機構と化学反応現象を実験と数値計算により解明し,その結果に基づき,乱流/非乱流界面を含む複雑乱流場に対応できる簡易で汎用性のある確率密度関数法(PDF法:Probability Density Function Method)用のスカラ分子混合モデルを発展させることを目的とする.実験では,申請者らが独自で開発した世界最高分解能の光ファイバ型濃度計測プローブを使用する.また,数値計算ではラグランジュ粒子法や直接数値シミュレーション法によりスカラ分子混合モデルの高精度化を目指している.
上記濃度計測プローブは点計測用であるため,乱流/非乱流界面近傍の濃度分布を計測するには,平均流が必要となる.そこで本年度は,まず周囲流(主流)を持つ軸対称乱流噴流場を生成するための実験装置の製作を行った.具体的には,水槽内にダクトを設置し,その中で一様流と噴流を同時に流すことができる装置を製作した.噴流出口から異なる下流位置でPIVによる速度場計測を行うことで,製作した実験水路内には,自己相似的な乱流噴流場が生成されていることが確認できた.また,高シュミット数(3000程度)の蛍光染料を噴流に混ぜ,染料濃度の計測を上記濃度計測プローブで行うことで,濃度場についても自己相似的となっていることを確認した.さらに,生成した噴流において,乱流と非乱流を高頻度で検出する位置において乱流/非乱流界面の瞬時濃度の計測を行った.取得したデータについては現在解析中である.
上記実験に加え,異なるシュミット数のスカラを含む軸対称乱流噴流場の直接数値シミュレーションを行った.その結果,スカラ濃度変動パワースペクトルには,乱流の減衰性が影響を及ぼすことが明らかとなった.

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

周囲流を持つ軸対乱流称噴流場を生成する実験装置を完成させ,乱流/非乱流界面近傍における高シュミット数物質の瞬時濃度の計測を実施できたため.さらに,直接数値シミュレーションを実施し,乱流物質混合場に及ぼす乱流の減衰の影響について重要な新規知見が得られたため.

今後の研究の推進方策

今後は,当初の計画通り,軸対称乱流噴流場の乱流/非乱流界面近傍において得られた高シュミット数物質の瞬時濃度場の統計量解析を実施する予定である.特に,変動濃度場の微小スケールの構造に着目し,高シュミット数物質の濃度変動が乱流/非乱流界面近傍でどのように散逸するかを明らかにする.さらに,実験で得られたスカラ(物質)散逸機構を組み込んだ分子混合モデルをラグランジュ粒子法に適用し,数値計算による化学反応場の予測精度の向上を目指す.

次年度使用額が生じた理由

次年度使用が生じた理由は,参加を予定していた国際学会がオンライン開催となり,そのために計上していた海外渡航旅費が不要となったためである.次年度予算は,データ処理用の高性能計算機等の購入に使用する予定である.

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Effect of artificial large-scale structures on bursting phenomenon in turbulent boundary layer2022

    • 著者名/発表者名
      Chen Xiaonan、Iwano Koji、Sakai Yasuhiko、Ito Yasumasa
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 34 ページ: 085128~085128

    • DOI

      10.1063/5.0102118

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interscale transfer of turbulent energy in grid-generated turbulence with low Reynolds numbers2022

    • 著者名/発表者名
      Wang Muyang、Yurikusa Takuya、Sakai Yasuhiko、Iwano Koji、Ito Yasumasa、Zhou Yi、Hattori Yuji
    • 雑誌名

      International Journal of Heat and Fluid Flow

      巻: 97 ページ: 109031~109031

    • DOI

      10.1016/j.ijheatfluidflow.2022.109031

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simultaneous Measurement of Three Species Concentration Fluctuations by Light Absorption Spectrometric Method Using Pulsed Laser Diode2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kubo
    • 雑誌名

      Advanced Experimental Mechanics

      巻: 7 ページ: 21~26

    • DOI

      10.11395/aem.7.0_21

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] タブによる円形噴流の混合拡散制御に関する直接数値計算2023

    • 著者名/発表者名
      奥村竜也, 岩野耕治, 伊藤靖仁
    • 学会等名
      第72期日本機械学会東海支部講演会(オンライン講演会)
  • [学会発表] 噴流の混合拡散抑制を目的とした深層強化学習による初期流速分布最適化2023

    • 著者名/発表者名
      林祐介, 岩野耕治, 伊藤靖仁
    • 学会等名
      第72期日本機械学会東海支部講演会(オンライン講演会)
  • [学会発表] DNSを用いた軸対象乱流噴流拡散場のシュミット数依存性に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      福岡大吾, 岩野耕治, 伊藤靖仁
    • 学会等名
      第72期日本機械学会東海支部講演会(オンライン講演会)
  • [学会発表] 乱流拡散・混合現象の解明への取り組み(実験と数値シミュレーション)2023

    • 著者名/発表者名
      酒井康彦
    • 学会等名
      日本流体力学会中部支部,第35回流体サロン
    • 招待講演
  • [学会発表] Inter-scale Transfer of Passive Scalar in Grid Turbulence2022

    • 著者名/発表者名
      Muyang Wang, Takuya Yurikusa, Koji Iwano, Yasuhiko Sakai, Yasumasa Ito
    • 学会等名
      12th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP12)
    • 国際学会
  • [学会発表] Transport and Dissipation Mechanism of Turbulent Energy and Scalar in Wakes behind Bars and Grids2022

    • 著者名/発表者名
      Muyang Wang, Yasumasa Ito, Yi Zhou, Koji Nagata, Tomoaki Watanabe, Koji Iwano, Yasuhiko Sakai, Yuji Hattori
    • 学会等名
      22nd International Symposium on Advanced Fluid Information, (AFI2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] シロッコファン翼間における渦の特性に関する研究2022

    • 著者名/発表者名
      瀬戸孝祐,岩野耕治,伊藤靖仁,酒井康彦,酒井雅晴,石井文也,小坂 翔,山岡 潤,吉田憲司
    • 学会等名
      日本機械学会 年次大会2022
  • [学会発表] 格子乱流場における高シュミット数物質の濃度統計量2022

    • 著者名/発表者名
      岩野 耕治, 酒井 康彦, 伊藤 靖仁
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2022
  • [学会発表] Mechanism of Scalar Cascade in Flow with Mean Scalar Gradient2022

    • 著者名/発表者名
      汪 沐陽, 百合草拓也, 酒井 康彦, 岩野 耕治, 伊藤 靖仁
    • 学会等名
      第36回数値流体シンポジウム(オンライン講演会)
  • [学会発表] DNSを用いた軸対称乱流噴流拡散場におけるスカラ統計量のシュミット数依存性の研究2022

    • 著者名/発表者名
      福岡大吾, 岩野耕治, 伊藤靖仁
    • 学会等名
      日本機械学会 年次大会2022
  • [学会発表] 噴流の混合拡散に対する深層強化学習を用いた初期流速分布最適化2022

    • 著者名/発表者名
      林祐介, 岩野耕治, 伊藤靖仁
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2022
  • [学会発表] 噴流の熱拡散抑制を目的とした深層強化学習による最適条件の同定2022

    • 著者名/発表者名
      林祐介, 岩野耕治, 伊藤靖仁
    • 学会等名
      第36回数値流体シンポジウム(オンライン講演会)
  • [学会発表] 自然な「ながれ」に身をゆだねて」(乱流拡散・混合現象の解明への取り組み)2022

    • 著者名/発表者名
      酒井康彦
    • 学会等名
      日本機械学会流体工学部門,「せん断流の多様な機能の探究と先端科学技術への応用に関する研究分科会(3)」,第7回分科会
    • 招待講演

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