2015 Fiscal Year Research-status Report
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15K05791
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
渡邉 崇 名古屋大学, 情報科学研究科, 教授 (40182927)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 回転流 / 回転円板 / 回転円柱 / 流れのモード / モード競合 / 二液界面挙動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，静止円柱容器内で回転し，有限半径，有限高さをもつ円板，円柱まわりに発達する，三次元横流れ，および，遠心力不安定流れの競合現象を明らかにすることを目的とする．また，この目的の研究の拡張として，回転軸が鉛直であり，密度の異なる二液を作動流体としてもつ場合，および，上端面が自由表面である場合の界面波動挙動の複雑化現象の解析も進めることとする．
今年度は，特に，円柱容器端面と回転円板上下面の間の軸方向隙間と，円柱容器側面と円板リムとの間の半径方向隙間に現れる完全発達流のモードに注目した．そして，数値計算の結果を評価することにより，時間的変動の有無，および，空間的構造の観点から流れを調べ，複数のモードに分類した．また，各流れモードを実現するための円柱容器，円板寸法や円板回転制御法を調べるとともに，並行して進めている可視化実験の結果との比較を行った．本研究で対象とした流れは，多様な渦構造を持つ．そして，渦構造は，壁面からの流れのはく離，付着をもたらす．この現象に対して，流れが壁面で作る限界流線のトポロジカルな構造を調べた．
拡張した研究として，静止円柱内で回転する同軸の円柱で駆動される，分離二液の界面の不安定現象，波動現象に注目した．作動流体は，グリセリン水溶液とシリコンオイルである．この二液の界面挙動を調べるために，水溶液を着色した上で，ビデオ動画を半自動の画像解析により処理した．そして，界面振動が始まる条件，および，二液の混合が始まる条件を検討した．また，界面振動開始から混合開始までの界面形状の複雑化過程を調べた．
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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
静止円柱容器内での回転体まわりの流れに関する課題は，数値計算的，実験的アプローチとも，ほぼ計画通りに進めている．数値計算では，現象をより正しくとらえるモデルの選定を行うことで，計算コード改良の判断材料としている．実験では，既存の部品などを再利用しながら，測定系の充実も図りつつある．また，可視化図からの流れモードの分類については，一般画像認識の性能と限界を調べるとともに，新たな特徴量の導入も試みた．しかし，これまでに蓄積されている画像枚数の制限により，正確な流れモードの自動決定にまでは至っていない．一方，本研究を拡張した新たな研究の方向として，本研究の資産を有効に利用しつつ，鉛直な軸を持つ回転体まわりの分離二相流の流れ，自由表面を持つ流れが示す界面挙動の解明を進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
課題の一つが，対象とする流れが持つ安定な状態，安定な解の抽出と，それらの状態や解に至るまでの状態空間での遷移である．このため，回転体の運転制御装置を用いた実験や，既存の改良計算コードや汎用解析ソフトウェアを利用した数値計算を進める．これによって得られる結果は，流れの発達過程の追跡に有用であり，本研究本来の目的に近づく方策である．また，新たに目的として導入した界面挙動の解明は，回転体まわりの流れの新しい現象の発掘にもつながると期待できる．
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| Causes of Carryover |
新しい装置の発売などを受けて，測定系の一部を再検討していること，および，予定していた海外の国際学会への参加を取りやめたことによる．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
現有の設備を有効に活用しながら，新測定系を完成させるとともに，本研究の目的によりかなった海外国際学会への参加を行う予定である．
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