ナノギャップ壁面せん断応力直接測定装置によるリブレット面の普遍的壁法則への挑戦

使用纳米间隙壁面剪应力直接测量装置挑战肋表面的普遍壁面定律

基本信息

批准号：
20H02069
负责人：
望月信介
金额：
$ 11.56万
依托单位：
Yamaguchi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は乱流境界層の局所壁面せん断応力を世界で最も高い精度で計測可能な直接測定装置を開発し、リブレットによる摩擦抵抗低減効果の定量的確認と普遍的壁法則を提案することが目的である。研究開始初年度において、減衰装置を必要としないフォースセンサーを用いた測定装置の開発に成功した。また、熱線流速計を用いた速度計測が可能であることを確認した。しかしながら、リブレットへの応用を考慮すると測定面が矩形である必要があること、風洞における使用において機械的振動により高速流における高精度計測が困難であること、熱線流速計における計測において気流温度の上昇がデータ取得の障害になることが課題として明らかになった。リブレットへの応用について、矩形摩擦面を持つ装置への設計変更を行った。風洞の振動対策については、フォースセンサーへの振動伝達の抑制と風洞における振動の抑制を行った。熱線流速計における計測については、気流温度を記録し、高次の校正および温度補正を試みた。これらの対策により、主流速64m/sにおける矩形摩擦面を用いた壁面せん断応力の計測に成功し、従来型リブレットの抵抗低減率を確認することができた。また、速度分布において対数速度分布の成立とリブレットによる抵抗低減効果を確認することができた。一方、リブレットフィルムの固定がやや不安定であり、長時間の実験が困難であることが課題として残った。また、熱線流速計の計測においても、壁近傍における測定値に対する気流温度上昇の影響除去が不十分であることが指摘される。

这项研究旨在开发一种直接的测量装置，该设备可以测量湍流边界层中的局部壁剪应力，并具有世界上最高的准确性，并定量确认降低Riblets的摩擦抗性的影响并提出了通用壁法。在研究的第一年，我们成功地使用了不需要衰减装置的力传感器开发了一种测量设备。还可以证实，使用热线流量计进行速度测量。但是，考虑到河水的应用，测量表面必须是矩形的，机械振动使得在风隧道中使用时很难在高速流下进行高精度，并且气流温度的升高成为用热线流量计测量数据时数据习惯的障碍。为了应用于河口，设计已更改为具有矩形摩擦表面的设备。关于风隧道中的振动对策，对力传感器的振动传播被抑制，并抑制了风洞中的振动。为了测量热线流量计，记录了气流温度，并尝试了更高的级校准和温度校正。这些措施已用于使用矩形摩擦表面以64 m/s的主流速度测量壁剪应力，并且可以确认常规式开关的电阻降低速度。此外，在速度分布中观察到了对数速度分布的建立和抗电阻减少的影响。另一方面，开裂膜的固定有些不稳定，因此很难进行长期实验。还可以指出，在测量热线流量计时，气流温度上升对墙附近测量值的影响不足。