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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．

This year, the periodic air flow rate fluctuation of turbulent boundary layer and the bubble injection (intermittent bubble injection) and the development of anti-attenuation technology are aimed at: (1) the investigation of anti-attenuation effect in the operation of a 36-meter-long calm model ship;(2) the explanation of the phenomenon of turbulence in turbulent boundary layer generated by the same calm model ship; 3. The study of turbulence phenomena during the transition from two-phase flow to single-phase flow was carried out. The paper studies the effect of friction resistance reduction in the application of flat-bottomed model ships in quasi-ship scale environment. The model ship has a total resistance measurement result, and a specific number of cycles, injection air flow, cycle change, resistance reduction rate, maximum resistance reduction rate, etc. are indicated. The model ship bottom wall surface breaking force distribution in the long hand direction is measured, and the long downflow distance is applicable to the possibility of resisting the downflow migration of the low attenuation effect. The estimation of the resistance reduction rate of the ship is carried out in the middle of the ship, and the prediction of the resistance reduction rate of the ship is carried out in the middle of the ship. Study on the flow state of two-phase liquid flow under the bottom of the ship. The periodic movement of the wall surface is the periodic movement of the wall surface, and the process of propagation in the long hand direction is clear. Study 3: The time of bubble injection is short, the resistance is low, the promotion is short, the focus is short. The velocity distribution in turbulent boundary layer is obtained with high spatial resolution, and the average velocity is obtained with high spatial resolution. As a result, the turbulence was suppressed by about 80%. The above contents include: 2 reports from the International Society of Ocean Engineering (written author), 1 report from the Japanese Society of Science and Technology (total author), 2 reports from the International Society (1 oral report, 1 oral report), 4 reports from the National Society (3 oral reports, 1 total author).