2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of turbulence analysis method with incorporation of covariant elements
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26420103
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
堀内 潔 東京工業大学, 工学院, 准教授 (10173626)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 反変性・共変性ベクトル / 粘弾性流体 / ＭＨＤ / 圧縮性流体 / 伝熱場 / 機能性・非機能性要素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
粘弾性流体、MHD、圧縮性乱流、伝熱場等の広範囲の流動を対象として、反変性と共変性要素の特定とそれらの相互作用を解析し、共変性要素の果たす役割を明らかにした．
粘弾性流体では、高分子を添加した一様等方と一様せん断乱流のBDS-DNSを行い、一様なせん断の掛かる場においても等方場と同様に、溶媒の変形に対する高分子鎖の非追随性を考慮した場合に顕著な抵抗低減が起きることを明らかにし、管内流における構成方程式によるDNSの結果と整合していることを示した．また、弾性エネルギーの生成に対して反変型と共変型高分子が機能する伸長領域が互いに異なり、相補的な振舞をする事を明らかにした．
MHDでは、磁場ベクトルおよび電流密度ベクトルの反変性と、Lorentz力の共変性を示し、それらの渦層における配向を明らかにした．渦層上におけるMaxwell応力の非等方性を示し、磁場の選択的配向による張力の発生と、その張力による渦層の不安定化の抑制を明らかにし、反変型高分子添加溶液との類似性を示した．
圧縮性乱流では、圧縮性混合層における渦度生成低減機構の解明を行った. 渦度の支配方程式においては、vortex-stretching 項がマッハ数に依存せずに支配的であるが、高マッハ数では、渦軸方向の伸長が減少するため混合層中のrollerのmergingが発生しない事を示した．高マッハ数では、compression 項の寄与は無視できず、膨張による渦軸方向渦度の生成の抑制に寄与する事を示した．Baroclinic torque 項は共変型の密度勾配と圧力勾配ベクトルの外積で与えられるため反変ベクトルとなる事を示し、その強度は小さいものの渦度の伸長ベクトルに対抗する配向を取るため、渦度生成を抑制する事を示した．
伝熱場では、流体のエネルギー伝達を担う渦度ベクトルは反変性で温度勾配は共変性であるため、温度場は流体に比べてより大きな伸長を受け，より小さなスケールが形成される事を示した．
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