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2013 年度 実績報告書

乱流による高分子溶液劣化のハイブリッドシミュレーションによる解明

研究課題

研究課題/領域番号 23760156
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

渡邊 威  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30345946)

キーワード高分子溶液 / 乱流 / ハイブリッド計算 / 大規模並列計算
研究概要

本研究課題の目的は,乱流の直接数値計算と非常に大多数の高分子鎖(ダンベルモデル)のブラウン動力学計算を連結したオイラー・ラグランジュシミュレーションコードを開発し,高分子と乱流の相互作用の詳細,及び乱流による希薄高分子溶液の劣化過程を明らかにすることである.劣化過程は,個々の高分子鎖が乱流によって強く引き延ばされる際に,鎖の切断過程を取り込むことで実現する.特に乱流のエネルギー散逸逓減といったマクロな統計量への劣化の影響をメソスケールのレベルから理解することを目指す.
最終年度では,高分子鎖の切断過程を取り入れたコードを用いて,劣化過程が乱流統計に及ぼす影響について解析した.4ビーズモデルが切断により2個の2ビーズモデルに変化する過程を導入し,切断条件を変化させて切断が生じる回数及び流れ場への影響を調べた.結果,比較的切断が生じやすい条件下において,乱流場のエネルギー散逸逓減はゆるやかに回復していき,逓減率の減少が確認された.
一方で昨年度の研究において,高分子鎖の弾性的性質が強く,流れ場が十分減衰した状態では,流体の運動エネルギースペクトルはべき則を示すことを明らかにした.これは「弾性乱流」と呼ばれる高分子溶液特有の乱流現象と非常に類似していることを議論した.そこで,粒子描像に基づく高分子鎖と流れ場の相互作用によって弾性乱流を発生させる並列計算を試みた.外場により定常な渦流れを生成し,そこに高分子を分散させると,流れ場は非定常化し,乱流状態に遷移する事を見いだした.このとき運動エネルギースペクトルはべき則に近い振る舞いをすることを見いだした.

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] 乱流の減衰過程に及ぼす高分子の影響2014

    • 著者名/発表者名
      渡邊威,後藤俊幸
    • 雑誌名

      京都大学数理解析研究所講究録

      巻: 1882 ページ: 55-64

  • [雑誌論文] Spectrum of passive scalar at very high Schmidt number in turbulence2014

    • 著者名/発表者名
      T. Gotoh, T. Watanabe and H. Miura
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 9 ページ: 3401019

  • [雑誌論文] Power-law spectra formed by stretching polymers in decaying isotropic turbulence2014

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Watanabe and Toshiyuki Gotoh
    • 雑誌名

      Phys. Fluids

      巻: 26 ページ: 035110

    • DOI

      10.1063/1.4869102

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Universal spectrum in the infrared range of two-dimensional turbulence flows2014

    • 著者名/発表者名
      T.Iwayama and T. Watanabe
    • 雑誌名

      Phys. Fluids

      巻: 26 ページ: 025105

    • DOI

      10.1063/1.4864103

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Kinetic energy spectrum of low-Reynolds-number turbulence with polymer additives2013

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Watanabe and Toshiyuki Gotoh
    • 雑誌名

      J. Phys.: Conf. Ser.

      巻: 454 ページ: 012007

    • DOI

      10.1088/1742-6596/454/1/012007

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Taylor-Green 流れにおける弾性乱流2013

    • 著者名/発表者名
      渡邊威, 後藤俊幸
    • 雑誌名

      ながれ

      巻: 32 ページ: 441-448

  • [学会発表] 希薄高分子溶液における乱流のハイブリッドシミュレーション

    • 著者名/発表者名
      西岡優樹,渡邊威,後藤俊幸
    • 学会等名
      日本機械学会第26回計算力学部門講演会
    • 発表場所
      佐賀大学
  • [学会発表] Taylor-Green 流れにおける弾性乱流

    • 著者名/発表者名
      渡邊威, 後藤俊幸
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2013
    • 発表場所
      東京農工大学
  • [学会発表] Taylor-Green 流れにおける弾性乱流の性質

    • 著者名/発表者名
      渡邊威, 後藤俊幸
    • 学会等名
      日本物理年会2014
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス
  • [学会発表] パッシブスカラー乱流におけるスカラー勾配場の構造とその統計性

    • 著者名/発表者名
      柴田純一,渡邊威,後藤俊幸
    • 学会等名
      第11回日本流体力学会中部支部講演会
    • 発表場所
      名古屋大学
  • [学会発表] 直接数値計算による乱流中の粒子間衝突頻度の解析

    • 著者名/発表者名
      塩津直哉,渡邊威,後藤俊幸
    • 学会等名
      第11回日本流体力学会中部支部講演会
    • 発表場所
      名古屋大学
  • [学会発表] Statistics and dynamics of scalar at small scales in turbulence

    • 著者名/発表者名
      T. Gotoh, T. Watanabe and H. Miura
    • 学会等名
      The 23rd International Toki Conference on“Large-scale Simulation and Fusion Science”
    • 発表場所
      Ceratopia Toki, Toki-city, Gifu土岐市
  • [学会発表] パッシヴスカラーの慣性移流領域における普遍性

    • 著者名/発表者名
      後藤俊幸,渡邊威
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学

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公開日: 2015-05-28  

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