2003 Fiscal Year Annual Research Report
壁乱流のアクティブ・フィードバック制御に関する研究
Project/Area Number |
03J11042
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
岩本 薫 東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC2)
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Keywords | 壁乱流 / フィードバック制御 / 高レイノルズ数 / 摩擦抵抗低減 / 直接数値計算 / 乱流準秩序構造 / 超並列計算 |
Research Abstract |
摩擦抵抗低減効果に大きな影響を及ぼす乱流準秩序構造のレイノルズ(Re)数効果を評価するために,世界最大のRe数までのチャネル乱流直接数値計算(PNS)を行った.その際,チェビシェフ多項式の微分操作に伴う丸め誤差を除去する方法を新たに開発し,また,地球シミュレータにおいて512個のCPU・約600GByteのメモリを用いて超並列化・ベクトル化を行うことにより,高精度スペクトル法を用いた大規模DNSを計算することを可能とした. 可視化,低次統計量,Proper Orthogonal Decomposition (POD)を用いて,乱流準秩序構造の定量的解析を行った.その結果,高Re数チャネル乱流では,内層に縦渦構造・ストリーク構造の再生成メカニズムが存在すると共に,内外層の間に新たな乱流大規模構造生成メカニズムが存在することが明らかとなった.また,大規模構造はアクティブに乱れを生成し,縦渦構造の階層的クラスター構造化(壁近傍では低・高ストリーク構造の間に存在し,壁から離れると低速大規模構造内でクラスター化する)など縦渦構造・ストリーク構造の再生成メカニズムにも影響を及ぼすことが分った. 壁近傍の渦を打ち消す既存制御アルゴリズムの高Re数での制御効果,また壁近傍を対象とした制御アルゴリズムの理想的な最大制御効果を検討し,高Re数においても壁ごく近傍の乱れのみを抑制することで大きな摩擦抵抗低減効果を得ることができることを定量的に示すことができた.また,その抑制対象となる壁近傍の圧力変動・速度変動に影響を及ぼす縦渦構造,ストリーク構造,及び,大規模構造の壁近傍成分を制御対象とする制御アルゴリズム開発によって,より大きな制御効果が得られると考えられる. これらの知見は,フィードバック制御の実用的なRe数での有効性を示したもので,将来の新しい機械システムの設計に有用な指針を与えるものである.
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Research Products
(6 results)
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[Publications] Iwamoto, K., Kasagi, N., Suzuki, Y.: "Dynamical Roles of Large-Scale Structures in Turbulent Channel Flow"Sixth World Comgress on Computational Mechanics. 発売予定. (2004)
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[Publications] Fukagata, K., Iwamoto.K., Kasagi, N.: "Prediction of Drag Reduction Rate by Opposition Control at Very High Reynolds Numbers"21st International Congress of Theoretical and Applied Mechanics. 発売予定. (2004)
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[Publications] Iwamoto, K., Fukagata, K., Kasagi, N., Suzuki, Y.: "DNS of Turbulent Channel Flow at Re_τ=1160 and Evaluation of Feedback Control at Practical Reynolds Numbers"Proc.5th Symp.Smart Control of Turbulence. 119-125 (2004)
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[Publications] Iwamoto, K., Kasagi, N., Suzuki, Y.: "Hierarchical Clustering Structures in Turbulent Channel Flow at Re_τ=1160"Bull. Division of Fluid Dynamics Meeting of American Physical Society. 48・10. 217 (2003)
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[Publications] 笠木, 深潟, 岩本: "高レイノルズ乱流制御への挑戦"シンポジウム「乱流要素渦による乱流理論・予測・制御の新展開」講演論文集. 印刷中. (2004)
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[Publications] 岩本, 笠木, 鈴木(雄): "Re_τ=1160のチャネル乱流における階層的クラスター構造"日本流体力学会誌. 22別冊. 46-47 (2003)