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2013 年度 実績報告書

高分子鎖コイル-ストレッチ遷移における非アファイン性に着目した抵抗低減機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 23560188
研究機関東京工業大学

研究代表者

堀内 潔  東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (10173626)

キーワード抵抗低減 / 高分子添加溶液 / 界面活性剤 / 粘弾性流体 / Brownian dynamics / Elastic dumbbell model / 反変・共変ベクトル / エネルギーカスケード
研究概要

高分子鎖を連結粒子系として近似するBrownian dynamics simulation と乱流のDNSとの結合 (BDS-DNS) 法を用いて非アファイン粘弾性流体における抵抗低減機構の解明を行った.BDSでは,2個のbeadsをバネで結合したbeads-springにFENE補正を導入したdumbbellモデルを用い,beads間ベクトルRの時間発展を追跡した.DNSでは外力により定常状態を維持し,dumbbell の運動にslip velocityを付与して非affine性を導入したBDS-DNSを実現し,得られる高分子応力の寄与をDNSにフィードバックするtwo-way couplingを用いた.一様等方乱流を対象として,並列コードの開発と計算の実行を行った.投入するdumbbell の個数は計算機環境から10の9乗個とし,不足分をreplica法により補充した.この結果,Johnson-Segalman (J-S)構成方程式を用いたDNSと同様な抵抗低減が得られる事を示した.非アファイン性が最小の場合,dumbbell が反変ベクトルとして運動して渦管の伸長を抑制するに対し,最大の場合は共変ベクトルとして運動して渦層に張力を及ぼすため,大きな抵抗低減が得られる事を明らかにし,J-S方程式によるDNSとの整合性を示した.最大と最小のdumbbellを1対1に混合した場合は,両者各々単独の場合の中間の低減が得られた.これは,J-S方程式による結果と異なるが,これが,共変性dumbbell 1個と反変性dumbbell 2個が互いに直交するユニットを形成して運動する事に起因する事を示した.次に,dumbbell伸長の素過程を検証し,共変性のdumbbellは溶媒からのせん断によりその長さが最大となる方向に配向するため,反変性dumbbellよりも大きな伸長を受ける事を示した.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2013

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Remarkable Drag Reduction in Non-affine Viscoelastic Turbulent Flows2013

    • 著者名/発表者名
      K. Horiuti, K. Matsumoto, and K. Fujiwara
    • 雑誌名

      Phys. Fluids

      巻: 25 ページ: 015106

    • DOI

      10.1063/1.4774239

    • 査読あり
  • [学会発表] BDS-DNS法による高分子添加溶液における抵抗低減機構の解明2013

    • 著者名/発表者名
      竹生昇平、堀内潔、増田舟
    • 学会等名
      第27回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20131217-20131219
  • [学会発表] Contravariant and covariant dumbbells in polymer-diluted viscoelastic turbulence2013

    • 著者名/発表者名
      K. Horiuti and S. Takeu
    • 学会等名
      66th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics
    • 発表場所
      Pittsburgh, USA
    • 年月日
      20131124-20131126
  • [学会発表] 反変および共変高分子の伸長と抵抗低減のマルチスケール解析2013

    • 著者名/発表者名
      堀内潔、竹生昇平
    • 学会等名
      第26回計算力学講演会
    • 発表場所
      佐賀大学
    • 年月日
      20131102-20131104
  • [学会発表] Contravariant and covariant polymer dumbbells in non-affine viscoelastic turbulence2013

    • 著者名/発表者名
      K. Horiuti and S. Takeu
    • 学会等名
      14th European turbulence Conference
    • 発表場所
      ENS Lyon, France
    • 年月日
      20130901-20130904
  • [図書] Ten Chapters in Turbulence, Chapter 22013

    • 著者名/発表者名
      J. Schumacher, R. M. Kerr and K. Horiuti
    • 総ページ数
      437(43-86)
    • 出版者
      Cambridge University Press

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公開日: 2015-05-28  

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