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エネルギー利用の高効率化のための乱流摩擦抵抗低減手法の提案

高效能源利用湍流摩擦减阻方法的提出

基本信息

批准号：
21J12282
负责人：
難波江佑介
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

乱流摩擦抵抗低減のための流れの制御手法の確立は，エネルギー利用の効率化に大きく貢献できると期待されている．特に，壁面変形による主流方向進行波は，再層流化を始めとする大きな抵抗低減効果がこれまでに確認されており，加えて，実験においても抵抗低減効果が確認されていることから，より実装に近い制御手法であると言われている．そこで，この進行波制御についての検証を行った．従来の進行波(一様な進行波)にスパン方向変位を持たせた進行波(ウェーブマシン状進行波)による制御効果の調査を行った．スパン方向波長が小さくなるにつれて抵抗低減率およびエネルギー削減率が小さくなり，全ケースで一様な進行波の場合よりも小さくなった．乱流統計量の比較およびFIK恒等式による解析から，抵抗低減率が最大となった場合(スパン方向波長が最も長い場合)では，ウェーブマシン状の壁面挙動により生成された大規模構造が乱流成分を大きく減少させた一方，この大規模構造による周期成分が抵抗を増加させる方向に働き，抵抗低減効果を低下させることが明らかとなった．しかし，スパン方向に完全に一様でなくとも一定の抵抗低減効果が得られることから，進行波制御の実装可能性が広がったといえる．より高いレイノルズ数における制御効果の調査を行うため，ラージ・エディ・シミュレーション(LES)を用いた一様な進行波の制御効果の調査を行った．最もシンプルなスマゴリンスキーモデルでも，非制御時・制御時の平均流速分布はDNSの結果と良い一致を示した．また，計算コストの関係からDNSによる検証が不可能であった10の3乗オーダーのレイノルズ数下で得られた抵抗低減率は，先行研究で提案された半経験式による抵抗低減率の予測値に概ね一致した値となり，先の半経験式の妥当性が示されたといえる．今後は，高レイノルズ数における詳細な抵抗低減メカニズムの調査を行っていく予定である．

Turbulence friction resistance reduction and flow control methods established, the production of the use of efficiency and contribution to the large number of expectations. In particular, the wall shape is changed, the main flow direction is carried out, and the stratified fluidization is started. The resistance to low attenuation effect is confirmed. The resistance to low attenuation effect is confirmed.そこで，この进行波制御についての検证を行った. The incoming progressive wave (a progressive wave) is located in the direction of rotation, and the progressive wave (a progressive wave) is located in the direction of rotation. The direction of the wavelength is small, the resistance is low, the reduction rate is small, and the whole wavelength is small. Turbulence statistics are compared with FIK identities. When the resistance attenuation rate is maximum (when the wavelength in the direction of the wavelength is the longest), it is generated by large-scale structure. Turbulence components are greatly reduced. When the periodic components of the large-scale structure are increased, the resistance attenuation rate is reduced. The direction of the wave is completely different, and the resistance is reduced to a certain extent. The investigation of the control effect is carried out by using the method of high middle middle The average velocity distribution of non-control time and control time is consistent with the results of DNS. In this paper, the author studies the relationship between the resistance reduction rate and the DNS, and finds out that it is impossible to estimate the resistance reduction rate under the DNS. In the future, the number of high-rise buildings will be reduced in detail, and the investigation will be carried out in advance.