Development of Boundary Layer Control by Enhancing Peculiar Pulsation in Two-Phase Turbulent Flow

增强两相湍流中奇异脉动的边界层控制研究进展

基本信息

批准号：
20J20435
负责人：
田中泰爾
金额：
$ 2.18万
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：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J20435/
关键词：
摩擦抵抗低減乱流境界層気液二相流ボイド波

项目摘要

本年度は，乱流境界層への周期的に空気流量を変動させた気泡注入（間欠的気泡注入）による抵抗低減技術の開発を目的として，①船長36mの平定模型船を用いた抵抗低減効果の調査，②同平定模型船に生じた気液二相流乱流境界層についての現象解明，③水平チャネル乱流における気液二相流から単相流への移行時の乱流変調現象の解明の3つの研究を実施した．研究①の平底模型船を用いた実験では，準実船規模環境においてボイド波を活用することによる摩擦抵抗低減促進効果を調査した．模型船にかかる全抗力を計測結果し，特定の周波数で注入空気流量を周期変動させることにより抵抗低減率が最大になることを示した．模型船底面における局所壁面せん断応力の長手方向分布を計測し，長い流下距離に適用可能な抵抗低減効果の下流遷移モデルを提案した．モデルを用いた実船大での抵抗低減率の推定を行い，ボイド波の活用により実際の船において抵抗低減率が向上する予測を与えた．研究②では，船底を流れる気液二相流の流動状態と局所せん断応力の時系列データ同期解析を行った．ボイド率の周期変動に対応して壁面せん断応力が周期変動し，この応答が長手方向に伝播する過程を明らかにした．研究③は，間欠的気泡注入により抵抗低減が促進される瞬間に焦点を当てた．乱流境界層中の速度分布を高空間解像度で取得するためにPTV（粒子追跡法）を行い，平均流速およびレイノルズ応力を取得した．この結果は，気泡の通過により乱流せん断が一時的に約80%抑制されることを示した．以上の内容を含め，国際学会誌Ocean Engineeringでの発表2件（筆頭著者），日本トライボロジー学会学会誌「トライボロジスト」での発表1件（共著），国際学会発表2件（本人口頭発表1件，ポスター発表1件），国内学会発表4件（本人口頭発表3件，共著1件）を行った．

今年，为了通过注入气泡（间歇性气泡）来定期波动进入湍流边界层的气泡（间歇性气泡），我们进行了三项研究，我们进行了三项研究：1）调查使用36m尺的平坦模型，2）研究较低的较高模型，2）研究气体层次的涡流模型，该模构的现象发生了，该模型发生了，该模构成的湍流模型发生了，这些模型发生了，这些模型发生了，这些模型发生了，这些模型发生了，这些模型发生了，这些模型发生了，这些模型发生了，这些模型发生了，这些模型发生了，这些模型发生了，这些模型在发生的范围内发生了，这些模型又发生了，这些模型在发生式湍流模型，这些模型发生了，这些模型在发生的范围内发生了，则构成了构图。从气体液体两相流到水平通道湍流中的单相流量的过渡过程中的现象。在研究1中使用平底模型容器的实验中，我们研究了使用空隙波促进半真实血管尺度环境中摩擦抗性降低的效果。测量了模型船上的总阻力，并表明通过以特定频率定期改变注入的空气流量来最大化电阻降低速率。我们测量了模型船底上局部壁剪应力的纵向分布，并提出了一个下游过渡模型，该模型可以应用于下游距离的长流量。使用该模型，估计了在真实船的大小处估计电阻的降低速率，并且预测通过利用空隙波在实际船舶中的电阻降低率将得到提高。在研究2中，对流过血管底部的气体液态两相流量的流量和局部剪切应力进行了时间序列数据同步分析。壁剪应力的过程周期性地随着空隙速率的周期性变化的响应而变化，并阐明了在纵向方向传播的响应。研究3的重点是通过间歇性气泡注入促进电阻降低的时刻。为了在高空间分辨率下获得湍流边界层中的速度分布，进行了PTV（粒子跟踪方法）以获得平均流速和雷诺应力。该结果表明，由于气泡的通过，湍流剪切暂时被约80％抑制。包括上述内容，在《国际杂志海洋工程》（第一作者）中进行了两次演讲，日本摩擦学学会杂志上的一份演讲（合着者），两个演讲（一个人口头演讲，一份海报演讲）和四个在国内学术会议上（三个口头介绍，个人和一个共同作者）。

项目成果

期刊论文数量（23）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Spontaneous and artificial void wave propagation beneath a flat-bottom model ship

DOI：
10.1016/j.oceaneng.2020.107850
发表时间：
2020-10-15
期刊：
OCEAN ENGINEERING
影响因子：
5
作者：
Tanaka, Taiji;Park, Hyun Jin;Murai, Yuichi
通讯作者：
Murai, Yuichi

長尺模型船における人工ボイド波の液相支配領域での局所剪断応力分布の評価

长模型船人工空隙波液相主导区域局部剪应力分布的评估

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
藤井夏海，大石義彦，田中泰爾，朴炫珍;村井祐一，田坂裕司，濱田達也，川北千春，河合秀樹
通讯作者：
村井祐一，田坂裕司，濱田達也，川北千春，河合秀樹

水平チャネル気泡流におけるボイド率急減に対する乱流構造のステップ応答

水平通道气泡流中湍流结构对空隙率突然降低的阶跃响应

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Suzuki Naoya;Saikusa Mao;Hayashi Yuichiro;Maeda Takeshi;Yagi Shigeyuki;田中泰爾，青木崚，村井祐一
通讯作者：
田中泰爾，青木崚，村井祐一

Air Lubrication Technology for Reducing Frictional Resistance of Marine Vessels

减少船舶摩擦阻力的空气润滑技术

DOI：
10.18914/tribologist.67.08_547
发表时间：
2022
期刊：
JOURNAL OF JAPANESE SOCIETY OF TRIBOLOGISTS
影响因子：
0
作者：
村井祐一;田中泰爾;堀本康文;朴炫珍;田坂裕司
通讯作者：
田坂裕司

Frictional drag reduction by bubble injection in turbulent boundary layers: Experiment with long model ship and full-scale estimation

通过湍流边界层中的气泡注入减少摩擦阻力：长模型船实验和全尺寸估计

DOI：
10.1299/transjsme.21-00297
发表时间：
2022
期刊：
Transactions of the JSME (in Japanese)
影响因子：
0
作者：
TANAKA Taiji;OISHI Yoshihiko;PARK Hyun Jin;TASAKA Yuji;MURAI Yuichi;KAWAKITA Chiharu
通讯作者：
KAWAKITA Chiharu