振動流中におけるブラフな断面物体の流力特性に関する実験及び数値シミュレーション

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455089
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 岡島 厚 金沢大学, 工学部, 教授 (80013689)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木綿 隆弘 金沢大学, 工学部, 助教授 (40225107) ; 木村 繁男 金沢大学, 工学部, 教授 (70272953) ; 上野 久儀 金沢大学, 工学部, 教授 (80019752)
• Keywords: 振動流 / ブラフボディー / 流体力計測 / 縦渦 / 円柱 / 矩形柱 / 数値シミュレーション / 流れの可視化

Research Abstract

本研究では、U字管形振動流発生装置による振動流中に平板、角柱そして矩形断面柱等のグラフな2次元物体を設置してカーペンター数を0〜約100の範囲で変え、ストークス数を95として振動方向及び直角方向流体力の同時測定と流れの可視化観察を行い、断面形状、迎え角、カーペンター数などの影響について、引き続いて実験を行った。次に、カーペンター数を0〜30の範囲で変え、ストークス数を95とし、角柱まわりの流れを直接法による3次元計算領域における差分法による数値シュミレーションを行い、実験結果と計算結果に対しての総括を行った。
U字管形振動流発生装置を用いた実験による主な研究成果は、(1)振動流による非定常な流れの剥離、渦形成、渦放出に注目して、種多な物体断面の振動流中の流体力と一様流中の流体力を詳細に比較することによって、振動流固有の流力的特性を明確にするとともに、矩形柱特有の「中口ピーク」の発生メカニズムにおける流れの非定常性の視点から新たな考察を行った。(2)また、種々な迎え角を付けた平板まわりの流れについて、振動流中における迎え角の影響を明らかにした。振動流特有の経時的に変化する剥離流れと流体力の両者の対応を非定常性の視点から考察した。
次に、数値シュミレーションによる主な研究成果は、(3)円柱と同様、角柱周りの3次元数値シュミレーションを行い、角柱周りの振動流においても振動流方向に軸を持ち、スパン(軸)方向に一定のピッチで形成される縦渦(Longitudinal Vortex)を数値シュミレーションで始めて再現した。
さらに、(4)シュミレーション結果を実験結果と比較し、特に3次元数値シュミレーション結果が実験に依る測定結果及び可視化による結果によく一致することを示した。研究成果は3編の論文として公表した。

Research Products

• [Publications] Atsushi OKAJIMA: "Experimental study on flow characteristics of a rectangular cylinder with cross-section of various width/height ratios submerged in oscillatory flow" Proc.of 1998 ASME FLUIDS ENGINEERING DIVISION (ANNUAL SUMMER MEETING). 20-25 (1998)
• [Publications] Atsushi OKAJIMA: "Force Measurements and Flow Visualization of Circular and Square Cylinders in Oscillatory Flow" JSME International Journal. Vol.41・No.4. 796-805 (1998)
• [Publications] 安田孝宏: "振動流中の角柱周りの流れの3次元数値シミュレーション" 日本機械学会第76期全国大会講演会講演論文集. No.98-3. 87-88 (1998)