2016 Fiscal Year Annual Research Report
高レイノルズ数円管流れにおける摩擦損失係数の定式化と普遍速度分布に関する研究
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15H03923
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
古市 紀之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 工学計測標準研究部門, 主任研究員 (10334921)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
辻 義之 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00252255)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 高レイノルズ数 / 壁乱流 / 管内流 / カルマン定数 / 普遍的流速分布 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Ｈ28年度においては、Ｈ27年度において計測された実験結果をさらに高度に検証するためのデータ解析をまず実施した。カルマン定数、切片定数に関するレイノルズ数特性を明確化するとともに、流速分布から得られるこれらの定数と、管摩擦係数の計測結果から得られるこれらの定数の一致について検討した。その結果として、バルクのレイノルズ数が5x10^5より小さい領域では定数にレイノルズ数依存性がある一方で、これより大きいレイノルズ数においては普遍的な値、すなわちカルマン定数が0.383、切片定数が4.335をとなることを示すことができた。これらの定数は、流速分布と管摩擦係数のそれぞれ独立した計測結果から得られたものであり、両者の高い一致性から、妥当性が非常に高い結果であると結論づけられる。これらの結果は近年の議論の対象となっている、Superpipeの結果とは一致しない（カルマン定数が0.41）一方で、他の壁乱流、すなわち、平板境界層やっチャネル流れにおける定数と高レイノルズ数領域において、極めて良い一致を示しており、普遍的な流速分布形状となる可能性を示唆する結果となった。
一方、上記の結果は100mmの口径における結果であり、レイノルズ数もSuperpipe等に比較し十分には大きくなく、また、粗さの影響を考慮した場合には大口径でさらに高レイノルズ数での実験が必要であった。Ｈ28年度においては内径が387mmの大口径の配管に対して、十分に長い直管長さを持つ滑管を準備した。当初においては発達に十分な長さを有しない可能性があったことから、配管を追加したものである。また、LDV計測における空間分解能を向上するための手法等についての検討も実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
Ｈ28年度までの研究において、これまでに広範囲なレイノルズ数域における管摩擦係数および小口径（100mm）の流速分布および乱れ強度分布の計測を行ってきた。すでにこれらの実験結果の解析を行っており、普遍的流速分布の可能性、それらの定数、また、乱れ共同分布のスケーリングやAttached Eddy Modelの検証等を行ってきており、高レイノルズ数円管流れにおける、多くの新しい知見を得ることができている。このような観点から、当研究はおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度にあたっては、大口径配管における流速分布計測のまとめを実施し、これまでに検証してきた、普遍的流速分布の妥当性について研究を進める。また同様に、すでに指摘してきたAttached Eddy Modelの非成立性についても、大口径配管の実験結果から検証を行うものとする。
LDVの空間分解能に関する研究についても、実験結果をもとにして、構築した手法の妥当性を検証する。本研究成果を元に、改めて乱流強度の実験結果を検証し、解析を進めるものとする。
二成分同時計測によるレイノルズ応力計測も合わせて実施する。特に対象が円管流れのために、壁面近傍における計測には困難が伴う。少なくともバッファーレイヤーにおける計測を実施し、この領域における円管乱流におけるレイノルズ応力分布の計測を行う。
以上の結果をもとにし、円管流れにおける大規模構造と壁面近傍の流動に対する関連性を明らかにし、新たなスケーリングモデル等を提案することを今年度の目標とする。
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