Smart control of gas-liquid two-phase turbulent boundary layers for frictional drag reduction

智能控制气液两相湍流边界层以减少摩擦阻力

• 批准号: 21H04538
• 负责人: 村井 祐一
• 金额: $ 25.96万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04538/
• 关键词: 抵抗低減; 混相流; 乱流; 空気潤滑法; 気泡; 境界層; 船舶; レオロジー; 省エネルギー

令和４年度は，以下の研究調査を進めた．朴は，点電極プローブによる船底境界層内の気泡群の壁面垂直方向のボイド率分布と気泡径分布を測定した．熊谷は高速チャネル中に翼を設置することで空気導入管内のスワールが微細気泡を大量発生させることを発見した．大石は前年度までに開発した高時間分解レーザーせん断応力計により，乱流境界層中で摩擦を支配するハイバーネーションイベントの統計を実施した．北川は撥水性円孔における気液界面の画像計測とマイクロ気膜法に関する基礎研究を実施し，それら壁面装飾が効果を有することを確認した．田坂は非定常剪断流れにおける気泡懸濁液の実効粘度マップを取得する方法論を開発し，従来の理論値から外れる高い実効粘度の発現の条件を見出した．堀本は水槽中の移動壁面上を流れる気泡の運動を計測し，流れ方向にボイド率が粗密を自然形成する条件が船底のボイド波と相似性をもつことを見出した．代表者の村井は，企業からのアドバイザーを招き，以上の成果を年度末報告会として情報交換し，次年度以降の研究計画の策定を推進した．これらの成果は，９編の評価の高い国際学術誌に投稿され，掲載された．Chemical Engineering Scienceに１編，Flow Measurement and Instrumentationに２編，International Journal of Multiphase Flowに３編，Nuclear Technologyに１編，Ocean Engineeringに２編，ならびにPhysics of Fluidsに１編である．また，2022年6月には本課題に関して集中討議する日米二相流専門家会議を開催し，本課題から７件の発表がなされた．さらに欧州機関が主催する海洋二相流会議 Aquaから招待講演の依頼を受け，本課題の成果を発表した．

In the fourth year of Ling He, the following research and investigation were carried out. The vertical distribution of gas bubbles in the bottom of the ship was measured. Kumagaya high speed air duct in the middle of the wing set, air duct in the middle of the tube, air duct in the middle of the tube, air duct in the middle of the tube. The statistics of friction in turbulent boundary layer are implemented. The basic research on the measurement of the liquid interface of the water hole is carried out, and the effect of the wall decoration is confirmed. A methodology for obtaining the effective viscosity of foam suspensions under unsteady shear conditions was developed. The motion of bubbles flowing on the moving wall of the water tank is measured, and the flow direction, the roughness and the density are naturally formed. The representative of Murai said that the company had invited the company to participate in the annual report and exchange information. The next year, the research plan was decided to be promoted. Chemical Engineering Science, Volume 1, Flow Measurement and Instrumentation, Volume 2, International Journal of Multiphase Flow, Volume 3, Nuclear Technology, Volume 1, Ocean Engineering, Volume 2, Physics of Fluids, Volume 1. In June, 2022, the two-phase flow family meeting was held for centralized discussion on this topic. There were 7 reports on this topic. The results of this project are presented at the Aqua Conference on Ocean Two-Phase Flow, hosted by European authorities.

项目成果

Effective viscosity of dilute bubble suspensions in medium amplitude oscillatory shear flows

中幅振荡剪切流中稀气泡悬浮液的有效粘度

• 发表时间: 2022
• 作者: T.Yoshida;Y.Tasaka;Y.Murai;Yuji Tasaka;Kohei Ohie;Yuji Tasaka;Akihide Takano;Hiroshi Chin;田坂裕司;大家広平;陳博志;芳田泰基;Yuji Tasaka;Akihide Takano;Kohei Ohie
• 通讯作者: Kohei Ohie

ミシガン大学/パーデュー大学/ジョンズホプキンス大学(米国)

密歇根大学/普渡大学/约翰霍普金斯大学（美国）

ウォーリック大学/ニューカッスル大学/エジンバラ大学(英国)

华威大学/纽卡斯尔大学/爱丁堡大学（英国）

ミシガン大学/パーデュー大学(米国)

密歇根大学/普渡大学（美国）

Bifurcation analysis of bubble-induced convection in a horizontal liquid layer

水平液层中气泡诱发对流的分岔分析

• 发表时间: 2021
• 作者: K.Nakamura;H.N. Yoshikawa;Y.Tasaka;Y.Murai
• 通讯作者: Y.Murai