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渦生成・発達・消滅過程の定量的解析と高効率壁乱流制御への応用

涡流产生、发展和消退过程的定量分析及其在高效壁湍流控制中的应用

基本信息

批准号：
21H01245
负责人：
岩本薫
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01245/
关键词：
壁乱流渦輸送方程式直接数値計算乱流制御

项目摘要

壁に沿う乱流場の核心的構造である「渦」の生成・発達・消滅過程を含むライフサイクルを，新たに導出した渦構造の輸送方程式を用いて定量的に解明し，さらに，従来勘案できなかった渦の時間発展に着目し，摩擦抵抗の高効率な低減制御手法を確立することを目的として，以下の２項目を実施した．①壁に沿う乱流場における渦のレイノルズ数依存性を評価するために，３つのレイノルズ数（摩擦レイノルズ数が110，300，650）の乱流場を直接数値計算を用いて再現した．新規に導出した渦構造の輸送方程式各項の流体力学的特性を統計的に評価した．従来のレイノルズ応力の輸送方程式の場合と同様に，各項の分布はレイノルズ数に依らず同様の傾向を示すが，レイノルズ数が増加するにつれて緩やかに変化した．②従来から大きな抵抗低減効果を有することが報告されていた「壁面からある距離における（渦の）壁垂直方向の速度成分をセンシングし，その逆位相の吹出し・吸込み速度を壁面上の制御入力として与える制御」に，渦の輸送方程式の実質微分項を制御の入力に追加して，抵抗低減効果に与える影響を評価した．その結果，些少ではあるがより高い抵抗低減効果を得たことから，渦の生成・消滅過程を導入した制御アルゴリズムの有効性が示された．具体的には，渦の消滅課程により大きな吹出し・吸込み速度を壁面上で与え，渦の消滅を早める制御において，抵抗低減効果が増加した．他方，渦の生成過程でより強い制御入力を与えて渦の生成を抑える制御アルゴリズムでは，抵抗低減効果が減少した．

Wall に along うの core structure of turbulence field であるの generation "vortex" を発 da elimination process including むライフサイクルを, new たに export した vortex structure の transportation equation をいて quantitative に interpret し, さらに, 従 to shenzheng case できなかった vortex の time 発 exhibition にし, The high-efficiency な low-reduction method of frictional resistance を establishes するとをとを objective とてて, and the following <s:1> 2 items を implement た. 1) wall に along う turbulence field における vortex のレイノルズ number dependence を review 価するために, 3 つのレイノルズ number (friction レイノルズが 110300650) をの turbulence field directly the numerical calculation を with いて reappearance した. The new regulation に leads to the <s:1> hydrodynamic characteristics of each <s:1> of the <s:1> transport equation of the vortex structure を and the に evaluation of the を statistics 価たたた. 従 to のレイノルズ応 force のと transport equation is の occasions with others に, distribution of various のはレイノルズ number に in らず with others の tendency を shown すが, レイノルズ number が raised plus するにつれて slow やかに variations change した. (2) 従 to から big きな resistance low cut sharper fruit を have することが report されていた "wall からある distance におけるの (vortex の) wall vertical velocity component をセンシングし, その blow out inverse phase のし, suction 込み speed を wall on の suppression into force として and える suppression" に, The real mass differential term of the vortex transport equation を to control the force of the vortex に to add <s:1> て, to resist the effect of low reduction に and the influence of えるを review 価たたた. その as a result, some less ではあるがより high い low resistance decrease fruit comes unseen をたことから, vortex の generated elimination process を import した suppression アルゴリズムの have sharper sex が shown された. Specific には, vortex の course により big きな blow out し, suction 込み speed をで and え on wall, vortex の eliminate を early める suppression において, low resistance to decrease working fruit が raised した. Fang, vortex の generation process でより strong い suppression を into force and えて vortex の generated をえ suppression る suppression アルゴリズムでは, low resistance of unseen fruit が reduce した.