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Innovative Drag Reduction Technology using 3-D Effect of Gas-Liquid Two-Phase Turbulent Boundary Layers

利用气液两相湍流边界层3D效应的创新减阻技术

基本信息

批准号：
21J11854
负责人：
尹桐翊
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Hokkaido 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

傾斜面や曲面を含む三次元船体表面における空気潤滑作用についての体系的なラボスケール実験調査により下記の実績を獲得した.1. 時空間高解像度超音波ドップラー流速分布測定法の開発により、乱流構造、渦度等気液二相流の重要な情報を取得できるようにした．既存の超音波流速計測技術では液相内一方向の速度しか取得することができないため、乱流境界層で得られる情報は制限された．本研究では速度のベクトル成分を算定できるようにする超音波トランスデューサーの配列を提示して、計測システムを構築した．構築システムの妥当性検証とデモンストレーションにより平均3%以内の誤差で機能する超音波計測システムの開発を完了した．2. 曳航水槽実験により気液間相互作用を明瞭化し気泡の運動をモデリングした．傾斜角によって境界層の厚さが変化し、高い曳航速度では気泡の運動は境界層内の液相流速によって支配される．しかし、低い曳航速度では浮力が支配的となり、気泡の大きさと合体にも影響を与える．上記の結果を基に傾斜板下気泡速度を予測できる経験式と気泡の抗力係数モデル式を提案した．3. 傾斜乱流チャネル装置を使用して低い傾斜度での気泡形状の変化を観測し、その変化を決定付ける力の成分を分析した．上向きの傾斜条件で挙動する気泡の形状は水平条件と大きな差異が生じなかったが、下向きの傾斜条件での気泡形状が周期的に変形した．変形メカニズムを究明するため気泡に作用する揚力、浮力、表面張力の平衡方程式を立て、揚力係数を算出した．そして揚力係数はHydrostaticとHydrodynamic forceによって決定されることを確認した．

Inclined surface and curved surface include three-dimensional hull surface, air lubrication, and the system's performance. Development of time-space high-resolution ultrasonic velocity distribution measurement method for obtaining important information on gas-liquid two-phase flow, such as turbulence structure and vorticity. Existing ultrasonic velocity measurement techniques are limited to obtaining velocity information in one direction in the liquid phase and turbulent boundary layers. In this study, the velocity component was calculated and the ultrasonic velocity distribution was suggested and the measurement system was constructed The development of ultrasonic measurement system has been completed with an average error of 3% or less. The interaction between gas and liquid in a towing tank is clarified and the motion of gas bubbles is clarified. Inclination angle, thickness of boundary layer, high drag velocity, bubble motion, liquid velocity in boundary layer, etc. Low drag speed is dominated by buoyancy, bubbles and large combinations. The above results are based on the prediction of bubble velocity under an inclined plate. Inclined turbulence generation devices are used to measure the shape of bubbles at low inclination, determine the force components, and analyze the force components. The shape of the bubble under the upward tilt condition is different from that under the horizontal condition, and the shape of the bubble under the downward tilt condition is different from that under the periodic condition. The equilibrium equations of lift, buoyancy and surface tension are established and the lift coefficients are calculated. Hydrostatic Hydrodynamic force determination