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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J11854/
• 关键词: Drag reduction; Bubble dynamics; Ultrasound measurement; Turbulent boundary layer; Slope conditions; 摩擦抵抗低減; 気泡力学; 傾斜条件; 超音波計測; 数値モデル

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．

Scarp や surface contains を む three-d hull surface に お け る empty 気 lubrication に つ い て の system な ラ ボ ス ケ ー ル be 験 survey に よ り under の remember be performance を get し た. 1. Space high resolution ultrasound ド ッ プ ラ ー velocity distribution measurement の open 発 に よ り, turbulence structure, vorticity 気 liquid two phase flow の important な intelligence を obtain で き る よ う に し た. Existing の ultrasound velocity measuring technology で は liquid in a direction の speed し か obtain す る こ と が で き な い た め, turbulence boundary layer で ら れ る intelligence limitations は さ れ た. This study で は speed の ベ ク ト ル composition を consider で き る よ う に す る ultrasound ト ラ ン ス デ ュ ー サ ー の match column を prompt し て, measuring シ ス テ ム を build し た. Build シ ス テ ム の justice 検 card と デ モ ン ス ト レ ー シ ョ ン に よ り で の error function within an average of 3% す る ultrasound measuring シ ス テ ム の open 発 を finished し た. 2. Experiment of the traction water tank によ によ interaction between gas and liquid を clarification of gas bubble <s:1> motion をモデリ グ た た. Angle に よ っ て の boundary layer thickness さ が - し, high い air drag speed で は は の 気 bubble movement within the boundary layer の liquid velocity に よ っ て dominate さ れ る. The influence of <s:1>, low <s:1> drag speed で で buoyancy が dominated by とな, large <s:1> さと air bubble combination に を and える. Written の results を に 気 bubble velocity under inclined plate を be で き る 経 験 type と 気 bubble の resistance coefficient モ デ ル type を proposal し た. 3. The tilted turbulence チ ャ ネ ル を use し て low い gradient で の 気 bubble shape の variations change を 観 し, そ の variations change を decided to pay け る force の を analysis し た. To き の tilt condition で 挙 dynamic す る 気 と big bubble shape の は level conditions き な differences born が じ な か っ た が, next to the き の tilt condition で の 気 bubble shape に が cycle - shaped し た. - shaped メ カ ニ ズ ム を investigate Ming す る た め 気 bubble に role す る uplift force, buoyancy and surface tension の balance equation を て, lift force coefficient を calculate し た. そ し て lift force coefficient は Hydrostatic と Hydrodynamic force に よ っ て decided さ れ る こ と を confirm し た.

项目成果

Sliding motion of bubbles in an inclined turbulent channel flow

倾斜湍流通道流中气泡的滑动运动

• 发表时间: 2022
• 作者: Dongik Yoon;Hyun Jin Park;Yuji Tasaka and Yuichi Murai
• 通讯作者: Yuji Tasaka and Yuichi Murai

Sliding bubbles inside turbulent boundary layers in a tilted channel

倾斜通道中湍流边界层内的滑动气泡

• 发表时间: 2022
• 作者: Dongik Yoon;Hyun Jin Park;Yuji Tasaka and Yuichi Murai
• 通讯作者: Yuji Tasaka and Yuichi Murai

Behaviors of sliding bubble inside turbulent boundary layer on a tilted channel

倾斜通道上湍流边界层内滑动气泡的行为

• 发表时间: 2021
• 作者: Yoon Dongik;Park Hyun Jin;Tasaka Yuji;Murai Yuichi
• 通讯作者: Murai Yuichi

Gas volume estimation in a vertical pipe flow considering the bubble size obtained from an ultrasonic velocity vector profiler

考虑从超声波速度矢量轮廓仪获得的气泡尺寸来估计垂直管流中的气体体积

• DOI: 10.1007/s00348-022-03474-x
• 发表时间: 2022
• 期刊: Experiments in Fluids
• 影响因子: 2.4
• 作者: Park Hyun Jin;Yoon Dongik;Akasaka Shintaro;Tasaka Yuji;Murai Yuichi
• 通讯作者: Murai Yuichi

Bubble motion inside boundary layers in a tilted channel investigated by ultrasonic pulse echography

通过超声波脉冲回波描记术研究倾斜通道中边界层内的气泡运动

• 发表时间: 2021
• 作者: Yoon Dongik;Park Hyun Jin;Tasaka Yuji;Murai Yuichi
• 通讯作者: Murai Yuichi