Control of turbulence by additives: principles in terms of the hierarchy of coherent structures

通过添加剂控制湍流：相干结构层次结构的原理

• 批准号: 20H02068
• 负责人: 後藤 晋
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Osaka 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02068/
• 关键词: 乱流; 乱流変調; 秩序構造; 数値シミュレーション; 室内実験; 高分子; 界面活性剤; 混相流; 制御; 添加物

数値シミュレーション研究（Ｓ）に関しては、概ね計画通りに研究を進めることができた。（Ｓ１）剛体球形粒子の添加による周期境界条件下の乱流の変調現象に関して、大規模数値シミュレーションによるパラメタサーベイの結果および、それに基づく理論をまとめた論文を出版した。また、同様の考えを平行平板間乱流へと適用する研究も推し進めた。さらに、球形以外の剛体粒子が乱流変調に与える影響についての研究にも着手した。（Ｓ２）弾性体粒子が渦中心に集積する現象を説明する理論を提案した。（Ｓ３）高分子や界面活性剤の添加による乱流変調現象に関しては、ミクロ描像およびマクロ描像の双方から研究を進めた。まず、前者に関しては、散逸動力学法（粗視化分子動力学）による数値シミュレーションを実行し、最長緩和時間やせん断流に対する配向に関する界面活性剤ミセルと高分子との相違点を明らかにした。一方、マクロ描像からは、構成則を用いた連続体シミュレーションおよび、ブラウン動力学法による数値シミュレーションを進めた。その結果、乱流変調現象の物理機構の理解に近づいている。室内実験研究（Ｅ）に関しては、ようやく軌道に乗り始めた。（Ｅ１）界面活性剤や高分子の添加による乱流変調現象に関する実験研究のプラットフォームとして、直方体容器内で４本の平行な円柱を互い違いの方向に回転する装置を完成させ、界面活性剤や高分子の添加による乱流変調現象を実験的に捉えることが可能となった。（Ｅ２）回流水槽を用いた実験プラットフォームを構築する過程で、自由界面近傍に置かれた物体に作用する力に関する新たな現象を発見した。これは添加物による制御とは直接は関係しないが、流れの制御の観点から興味深い発見であり、現在、さらなる解析を進めている。

A number of research projects (S) are planned for development. (S1) Published a paper on the basic theory of turbulence modulation under periodic boundary conditions during the addition of rigid spherical particles and the results of large-scale numerical simulations. Research on the application of turbulence between parallel plates The study of turbulence and influence of rigid particles other than spherical particles began. (S2) A theoretical explanation of the phenomenon of vortex aggregation (S3) The research on the turbulent modulation phenomenon related to the addition of polymer and interfacial active agent is progressing. The former is related to the dispersion kinetics (coarse molecular dynamics), the latter to the maximum relaxation time, and the latter to the alignment of the polymer. The method of dynamics is used to analyze the relationship between the two components. The results and understanding of the physical mechanism of turbulence modulation phenomena are discussed in detail. Indoor research (E) is the beginning of the relationship. (E1) Study on the turbulence phenomenon related to the addition of interfacial active agents and polymers. The equipment for the study of the turbulence phenomenon related to the addition of interfacial active agents and polymers in a rectangular container is completed. (E2) A new phenomenon related to the force acting on the object near the free interface was discovered during the construction of the reflux tank. This is a direct relationship between additive control and flow control. It is interesting to see, present and analyze.

项目成果

発達した乱流中の秩序渦の階層

发达湍流中有序涡流的层次结构

• 发表时间: 2022
• 作者: Takashi Sumigawa;後藤晋
• 通讯作者: 後藤晋

Generalized sweep-stick mechanism of inertial-particle clustering in turbulence

湍流中惯性粒子聚集的广义扫棒机制

• DOI: 10.1103/physrevfluids.6.044605
• 发表时间: 2021
• 期刊: Phys. Rev. Fluids
• 作者: Sunao Oka;Susumu Goto
• 通讯作者: Susumu Goto

乱流中における高分子鎖のふるまい

聚合物链在湍流中的行为

• 发表时间: 2022
• 作者: 小倉もな美;南聡;志摩喬之;上西達也;吉森保;中村修平;小井手祐介，後藤晋;中村 修平;小井手祐介，後藤晋
• 通讯作者: 小井手祐介，後藤晋

散逸粒子動力学法を用いた一様せん断流における界面活性剤の棒状ミセル形成過程の解明

使用耗散粒子动力学方法阐明均匀剪切流中表面活性剂棒状胶束的形成过程

• 发表时间: 2020
• 作者: Shou Qiu;Kyohei Kiyota;小井手祐介，後藤晋
• 通讯作者: 小井手祐介，後藤晋

壁乱流中の秩序構造の階層が慣性粒子の輸送に果たす役割

有序结构层次在壁湍流中惯性粒子输运中的作用

• 发表时间: 2021
• 作者: 本告遊太郎;後藤晋
• 通讯作者: 後藤晋