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2013 年度 実績報告書

多孔質壁面を用いた非相似的な乱流伝熱促進

研究課題

研究課題/領域番号 23656138
研究機関大阪大学

研究代表者

河原 源太  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (50214672)

キーワード乱流 / 多孔質壁面 / 伝熱促進 / 非相似性
研究概要

前年度に引き続き,多孔質壁をもつチャネル乱流における熱・運動量輸送を直接数値シミュレーションにより調べた.流れは,流量一定条件(流れ方向速度成分の空間平均が一定)で駆動されると同時に,内部エネルギー一定条件(温度の空間平均が一定)で内部加熱される.境界条件は滑り無し及び温度一定であり,プラントル数を1とする.以上の条件を設定することにより,流れ方向運動量と熱の平均的な輸送を記述する方程式及び境界条件は相似となる.これらの条件下で,流れ方向とスパン方向にフーリエ級数,壁垂直方向に4次Bスプライン多項式を用いた擬スペクトル法による直接数値シミュレーションを実施し,他の結果との比較から妥当性を検証した.
両壁面が非貫通の場合(多孔質でない場合)には,平均速度分布と平均温度分布とはほぼ一致し,規格化された平均温度勾配と平均速度勾配もほぼ一致し,運動量と熱の強い相似性が確認された.ところが,一平板が多孔質の場合には,非相似性が現れ,多孔質壁面
及び非貫通壁面のいずれにおいても,規格化された平均温度勾配は平均速度勾配より大きくなり,壁面摩擦を抑えながら壁面での伝熱を促進可能であることが明らかとなった.非相似性の程度は,壁面での平均速度勾配と平均温度勾配との差で数パーセントから10パー
セントである.したがって,摩擦係数とスタントン数との差にも同程度の非相似性が見られることとなる.
非貫通壁面と多孔質壁面上の乱流の構造にも顕著な相違が認められた.非貫通壁面上には,周知の流れ方向に向いた縦渦構造と低速ストリークが見られる.これらの乱流構造は,圧力揺らぎと壁垂直方向の速度揺らぎとの顕著な相関を発生させない.他方,多孔質壁面上にはスパン方向に向いた渦構造が卓越し,これらのスパン方向渦は圧力揺らぎと壁垂直方向の速度揺らぎとの強い相関を発生させ,この相関が顕著な非相似性を発生することが明らかとなった.

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (26件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Splitting of a turbulent puff in pipe flow2014

    • 著者名/発表者名
      M. Shimizu, P. Manneville, Y. Duguet, G. Kawahara
    • 雑誌名

      Fluid Dynamics Research

      巻: 46

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quasi-cyclic evolution of turbulence driven by a steady force in a periodic cube2014

    • 著者名/発表者名
      T. Yasuda, S. Goto, G. Kawahara
    • 雑誌名

      Fluid Dynamics Research

      巻: 46

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 乱流場における運動量と熱輸送の非相似性に及ぼすスパン方向渦度の影響2013

    • 著者名/発表者名
      加藤健司,酒井陽,藤井亮介,脇本辰郎,河原源太
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集B編

      巻: 79 ページ: 2019-2029

    • 査読あり
  • [学会発表] 平面クエット流における間欠性乱れとホモクリニック軌道2014

    • 著者名/発表者名
      河原源太
    • 学会等名
      地球流体現象の疎構造
    • 発表場所
      京都大学(京都府)
    • 年月日
      20140313-20140313
    • 招待講演
  • [学会発表] ミニマル平面クエット流におけるホモクリニック軌道と過渡的乱れの発生2014

    • 著者名/発表者名
      河原源太,清水雅樹,J. R. Lustro,L. van Veen
    • 学会等名
      京都大学数理解析研究所研究集会大スケール流体運動と乱流揺らぎ
    • 発表場所
      京都大学(京都府)
    • 年月日
      20140110-20140110
  • [学会発表] ニマル平面クエット流の大域分岐構造と境界クライシス2014

    • 著者名/発表者名
      清水雅樹,河原源太
    • 学会等名
      京都大学数理解析研究所研究集会大スケール流体運動と乱流揺らぎ
    • 発表場所
      京都大学(京都府)
    • 年月日
      20140110-20140110
  • [学会発表] Large eddy simulation of box turbulence and unstable periodic motion2014

    • 著者名/発表者名
      安田達哉,河原源太,後藤晋
    • 学会等名
      京都大学数理解析研究所研究集会大スケール流体運動と乱流揺らぎ
    • 発表場所
      京都大学(京都府)
    • 年月日
      20140110-20140110
  • [学会発表] 歳差球体内に維持される乱流の混合能力の定量化2014

    • 著者名/発表者名
      後藤晋,清水雅樹,河原源太
    • 学会等名
      京都大学数理解析研究所研究集会大スケール流体運動と乱流揺らぎ
    • 発表場所
      京都大学(京都府)
    • 年月日
      20140108-20140108
  • [学会発表] 一様等方乱流における渦軸の階層構造の同定2013

    • 著者名/発表者名
      齋藤雄太,後藤晋,河原源太
    • 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(愛知県)
    • 年月日
      20131217-20131217
  • [学会発表] 矩形ダクトにおける過渡的乱れ2013

    • 著者名/発表者名
      武石惠介,河原源太,大西健之,後藤晋,荒子大
    • 学会等名
      第91期日本機械学会流体工学部門講演会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県)
    • 年月日
      20131110-20131110
  • [学会発表] 一様乱流中における有限の大きさをもつ固体粒子群の非一様分布2013

    • 著者名/発表者名
      後藤 晋,安達正隆,河原 源太
    • 学会等名
      第91期日本機械学会流体工学部門講演会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県)
    • 年月日
      20131110-20131110
  • [学会発表] 平板間クエット流における過渡的乱れの発生2013

    • 著者名/発表者名
      河原源太,L. van Veen,J. R. Lustro
    • 学会等名
      第91期日本機械学会流体工学部門講演会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県)
    • 年月日
      20131109-20131109
  • [学会発表] 正方形ダクト内遷移流のエッジ状態2013

    • 著者名/発表者名
      宮地宏輔,大西直人,清水雅樹,河原源太
    • 学会等名
      第91期日本機械学会流体工学部門講演会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県)
    • 年月日
      20131109-20131109
  • [学会発表] 高レイノルズ数におけるチャネル乱流の直接数値計算2013

    • 著者名/発表者名
      清水雅樹,荒子大,),河原 源太,後藤 晋
    • 学会等名
      第91期日本機械学会流体工学部門講演会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県)
    • 年月日
      20131109-20131109
  • [学会発表] 円管内遷移流におけるエッジ状態と再層流化2013

    • 著者名/発表者名
      大西直人,宮地宏輔,清水雅樹,河原源太
    • 学会等名
      第91期日本機械学会流体工学部門講演会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県)
    • 年月日
      20131109-20131109
  • [学会発表] 貫通壁面チャネルにおける熱・運動量輸送2013

    • 著者名/発表者名
      石川航佑,青木勇樹,河原源太,M. Uhlmann,加藤健司
    • 学会等名
      第50回日本航空宇宙学会関西・中部支部合同秋期大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府)
    • 年月日
      20131025-20131025
  • [学会発表] 平板間クエット流のホモクリニック軌道と過渡的乱れの発生2013

    • 著者名/発表者名
      河原源太,L. van Veen,J. R. Lustro
    • 学会等名
      西日本乱流研究会創立30周年シンポジウム
    • 発表場所
      山口大学(山口県)
    • 年月日
      20131013-20131013
  • [学会発表] Large-eddy simulation of turbulent hyperbolic-stagnation-point flow2013

    • 著者名/発表者名
      T. Yasuda, G. Kawahara, S. Goto
    • 学会等名
      4th International Conference on Jets, Wakes and Separated Flows
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県)
    • 年月日
      20130918-20130918
  • [学会発表] 矩形ダクトにおける過渡的乱れの減衰2013

    • 著者名/発表者名
      武石惠介,河原源太,大西健之,後藤晋
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2013
    • 発表場所
      東京農工大学(東京都)
    • 年月日
      20130913-20130913
  • [学会発表] 周期箱乱流の自己維持サイクル2013

    • 著者名/発表者名
      安田達哉,河原源太,後藤晋
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2013
    • 発表場所
      東京農工大学(東京都)
    • 年月日
      20130912-20130912
  • [学会発表] 平行平板間流における遷移レイノルズ2013

    • 著者名/発表者名
      清水雅樹,荒子大,金澤昂弘,河原源太
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2013
    • 発表場所
      東京農工大学(東京都)
    • 年月日
      20130912-20130912
  • [学会発表] 界面活性剤の添加による歳差球体内乱流の変調2013

    • 著者名/発表者名
      堀本康文,山登将宏,後藤晋,清水雅樹,河原源太
    • 学会等名
      日本機械学会2013年度年次大会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山県)
    • 年月日
      20130911-20130911
  • [学会発表] 多孔質壁面上の乱流における熱・運動量輸送2013

    • 著者名/発表者名
      河原源太,石川航佑,M. Uhlmann,加藤健司
    • 学会等名
      日本機械学会2013年度年次大会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山県)
    • 年月日
      20130909-20130909
  • [学会発表] 2次元平板間流れの熱・運動量輸送の非相似性に関する研究2013

    • 著者名/発表者名
      小笠原拓,中平雄人,河原源太,脇本辰郎,加藤健司
    • 学会等名
      日本機械学会2013年度年次大会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山県)
    • 年月日
      20130909-20130909
  • [学会発表] 平行平板間流における遷移レイノルズ数2013

    • 著者名/発表者名
      清水雅樹,荒子大,金澤昂弘,河原源太
    • 学会等名
      日本機械学会2013年度年次大会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山県)
    • 年月日
      20130909-20130909
  • [学会発表] Generation mechanism of hierarchy of coherent vortices in turbulence2013

    • 著者名/発表者名
      S. Goto, G. Kawahara
    • 学会等名
      14th European Turbulence Conference
    • 発表場所
      Ecole Centrale de Lyon(フランス)
    • 年月日
      20130902-20130902
  • [学会発表] Turbulent mixing in a precessing sphere2013

    • 著者名/発表者名
      S. Goto, M. Shimizu, G. Kawahara
    • 学会等名
      8th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
    • 発表場所
      Poitiers(フランス)
    • 年月日
      20130829-20130829
  • [学会発表] The onset of transient turbulencein minimal plane Couette flow2013

    • 著者名/発表者名
      G. Kawahara
    • 学会等名
      10th ERCOFTAC SIG 33 Workshop on Progress in Transition Modeling and Control
    • 発表場所
      Sandhamn(スウェーデン)
    • 年月日
      20130530-20130530
  • [学会発表] Exploration into global phase-space structures in minimal plane Couette flow2013

    • 著者名/発表者名
      G. Kawahara
    • 学会等名
      NORDITA Program on Stability and Transition
    • 発表場所
      Nordic Institute for Theoretical Physics(スウェーデン)
    • 年月日
      20130527-20130527
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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