| 研究課題/領域番号 |
24246033
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
村井 祐一 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80273001)
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| 研究分担者 |
石川 正明 琉球大学, 工学部, 助教 (00398306)
田坂 裕司 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00419946)
熊谷 一郎 明星大学, 理工学部, 准教授 (50597680)
北川 石英 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 准教授 (80379065)
大石 義彦 室蘭工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90617078)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 抵抗低減 / 流れ制御 / 境界層 / 気液二相流 / 船舶 / 省エネルギー / 混相流 / マイクロバブル |
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| 研究実績の概要 |
平成27年度は，過去3年間の成果をもとに，二相流の境界層制御に関する３つの制御スキーム（I, II, III）の実験的研究の中核テーマの仕上げ段階の研究を進めた．制御スキームIの「振動せん断応力場における気泡群の複素粘度」については，分担者の田坂が中心となり，超音波ドップラー流速分布測定法による気泡群や粘弾性流体・非ニュートン流体の汎用計測法を確立した．それらの成果はIF付英文誌に掲載された．制御スキームII「圧縮工程なしで船底に大量の気泡を発生する翼技術の開発」については，分担者の熊谷が中心となって進めた．このうち本課題からの成果として発表したOcean Engineeringの論文は，同誌で最も閲覧回数の多い年間ランキングで3位となり，世界中に影響を与えたと言える．この発展版として特殊翼の設計に入っており，従来よりもさらに気泡発生性能を向上させることが可能となった．制御スキームIII「反復的気泡注入による再現性保証と下流持続性の拡大」については代表者の村井と研究協力者のパク博士が担当し，ボイド波による抵抗低減促進の正味作用と乱流境界層の内層二相流構造の計測が実現した．その成果は2つのIF付英文誌に掲載された．さらに，マイクロバブル領域の抵抗低減については分担者の田坂，石川が担当し，物理メカニズムの研究が進展した．これらは学会等で発表して活発な議論を呼んだ．このほか，壁面の濡れ性制御による乱流中の気泡挙動の違いを分担者の北川が，新しい気泡流用のせん断応力計の開発を分担者の大石が進めた．年度末には代表者の村井の声かけにより，船舶・気泡の専門家を招へいした討論会を開催し，最終年度に向けた方策を代表者，分担者，協力者ならびに招へいアドバイザーの１０名全員で画策した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本課題から獲得された成果はIF付の国際ジャーナルに連鎖的に掲載されており、その影響もあって、発見・開発した要素技術についてそれぞれ国内外の船舶・海洋工学における共同研究に展開している．制御スキームIについては大幅に機能拡張され，どのような流体であってもせん断歪み速度とせん断歪みとせん断応力の3者の関係が，単一の曲面で数値化されるというレオロジー技術の進展を生んだ．この成果は流体力学的基礎に立ち戻って重要であり，本課題テーマとするスマート制御に弾みがついた．翼による制御スキームIIについては4隻の船舶に対する成功事例が Ocean Engineeringに掲載されて以来，国内外からの問い合わせを多数，受けている．制御スキームIIIについては，100ｍの曳航装置による繰り返し試験の結果がInt. J. Multiphase Flowや Measurement Science and Technologyに掲載され，世界的な注目を浴びている．この技術については国内の造船・海運会社も関心を寄せており，現在，実用化に向けた設計ドラフトデザインに入った．以上をまとめると本課題の進捗状況は極めて順調であり，最終年度もさらに展開することが期待できる．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成28年3月に，本課題の代表者，分担者が集い，外部から３名のアドバイザーを招き，北海道大学を会場として成果報告・討論会を行った．アドバイザーは船舶関係の企業研究所，東大，室蘭工大から1名ずつで，有益な意見と今後の期待，さらには最終年度以降の展開方法などについて伺った．その際，大学実験室での物理的な研究知見を，産業に活かすためのロジック設計の重要性を指摘いただいた．これを鑑み，最終年度の推進方策を以下のように予定する．制御スキーム１：微小気泡が境界層内で乱流渦を鎮圧する現象(CVA)を，船体の三次元曲面上でどの程度，効果を発生させるかを調べる．制御スキームII：負圧式の気泡発生翼が船底壁面との間で双安定現象，つまり気泡の大量発生と全面失速の２状態のいずれかにロックインする可能性について，長時間試験が可能な風洞実験に置換して調査する．スキームIII：反復的気泡注入(RBI)による乱流摩擦抵抗効果の促進については，強制乱流発生装置を周期的に利用して下流での乱流レイノルズ応力分布の平衡状態までの回復時定数を調べる．これにより10～500mの範囲の長距離外挿モデリング設計を行う．これら三つのスキームの組合せにより最終年度は実船における空気潤滑省エネ船の流体力学的設計側面からのランドマークデザインを完成させる．
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