乱流摩擦抵抗低減のためのポリマー溶出界面の研究開発

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25249129
• 研究機関: 国立研究開発法人 海上技術安全研究所
• 研究代表者: 安藤 裕友 国立研究開発法人 海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (70462869)
• 研究分担者: 岩本 薫 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50408712) ; 増田 光俊 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (70358000) ; 宮田 修 国立研究開発法人 海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (10450678) ; 川島 英幹 国立研究開発法人 海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (20450679) ; 高橋 千織 国立研究開発法人 海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (40399530) ; 友弘 智 国立研究開発法人 海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (70761039)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 船底摩擦低減 / ソフトマター / ポリマー会合

研究実績の概要

1)ポリマーの溶解過程における会合特性の制御：前年度までの結果を踏まえて，流体中でのポリマー状態に関する情報を基に，抵抗低減に影響する会合基団の種類，密度等の因子によって会合特性が最適化されたモデルポリマーの創製による抵抗低減の向上の可能性を検討した．また，ポリマー･水系の速度場計測に必要な，超高分子量かつ蛍光修飾したポリマーを作製した．
2) ポリマー・水系の速度場計測・数値シミュレーション：蛍光修飾したポリマーを用いてポリマー会合体と乱流との相互作用を検証した．また，ポリマー会合体をマルチビーズ・バネ・ダンパモデルで表現し，ポリマー－乱流の直接数値シミュレーション（DNS）に適用して，ソフトマターによる摩擦抵抗低減メカニズム及び各ポリマー会合体と乱流構造との相互作用を流体力学的に解明した．
3)ポリマー溶出機構を有する樹脂／ポリマー系の創製：ポリマー溶出に適した金属アクリル樹脂及びシリコーン樹脂をベースにした試作塗料を作製した．試作塗料が持続的に界面にポリマーを供給できるかを確認するために，二重円筒試験装置を用いて，約１週間エージング後の効果を確認した．結果としてシリコーン樹脂系塗料は，１週間後でも界面にポリマーを滞留させた状態を保持でき，比較対象円筒(シリコーン樹脂系塗料のみを塗装した円筒)に近い抵抗値を示していることを確認した．
4)外部流れ場におけるポリマー溶出による摩擦抵抗低減効果の検証：上記の試作塗料に対して平行平板試験装置を用いた外部流れ場とみなせる船舶試験水槽（長さ150ｍ，幅7.5ｍ，水深3.5ｍ）での曳航試験を実施した．結果としては，3)の二重円筒試験と同様に約１週間浸漬後でも比較対象平板(無塗装アルミ板)に近い抵抗値を示すことを確認した．また，試験後の塗膜断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果，塗膜中にポリマーが残存していることを確認した．

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] 離散要素モデルが粘弾性流体の伸張変形に与える影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤村将成，守裕也，岩本薫，村田章，増田光俊，安藤裕友
  • 雑誌名: 流体力学会誌「ながれ」 巻: 第35巻 ページ: -
• [雑誌論文] Energy Transfer between Turbulent Structures and Polymer in Drag-Reducing Channel Flow by Using Beads-Spring-Dashpot Chain Model (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Fujimura, H. Mamori, K. Iwamoto, A. Murata, M. Masuda and H. Ando
  • 雑誌名: Turbulence, Heat and Mass Transfer 巻: - ページ: No.J060,11pp.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Friction-Drag Reduction Effect in Wall Turbulence with Fluorescently-Labeled Polymer (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Atsumi, H. Mamori, K. Iwamoto, A. Murata, H. Ando, M. Masuda and M.Wada
  • 雑誌名: Turbulence, Heat and Mass Transfer 巻: - ページ: No.J034, 7pp.
  • 査読あり
• [学会発表] 離散要素モデルが粘弾性流体の伸張変形に与える影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤村将成
  • 学会等名: 第29回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2015-12-15 – 2015-12-17
• [学会発表] Relationship between polymer stress and elongational deformation in drag reducing turbulent flow (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤村将成
  • 学会等名: The Fourth International Education Forum on Environment and Energy Science
  • 発表場所: ハワイ
  • 年月日: 2015-12-06 – 2015-12-10
  • 国際学会
• [学会発表] 壁乱流における摩擦抵抗低減効果を有する蛍光修飾ポリマーの可視化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 渥美宝
  • 学会等名: 日本機械学会 第93期流体工学部門講演会
  • 発表場所: 東京理科大学 葛飾キャンパス
  • 年月日: 2015-11-07 – 2015-11-08
• [学会発表] Effect of Spring-Damper Chain Elements with Two Different Lengths upon (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤村将成
  • 学会等名: ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2015
  • 発表場所: ソウル
  • 年月日: 2015-07-26 – 2015-07-31
  • 国際学会