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Effect of the centrifugal force on laminar-turbulent transition on a rotating cone

离心力对旋转锥体上层流-湍流转变的影响

基本信息

批准号：
22K20406
负责人：
加藤賢太郎
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Shinshu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-08-31 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

滑らかな流れ(層流)から乱れた流れ(乱流)への遷移は，壁面摩擦，熱伝達，流れの剥離などの性質を著しく変えるため，流体機械，輸送機械の効率に直結する問題として研究されてきた．これらの製品は高度な研究開発を経て複雑な曲面を有しているが，一般的な３次元曲面に発達する境界層流れの乱流遷移を扱った基礎研究は少なく，最適設計の障害になっている．本研究は，３次元境界層の代表例である回転円錐上に発達する流れの渦構造とその崩壊による乱流遷移過程を光学計測を通じて解明する．頂点角度のみで幾何形状が決まる回転円錐は単純なモデルながら，頂点角度によって，横流れ不安定性による螺旋型の渦，遠心力不安定性によるリング型の渦と曲面上流れを代表する異なるタイプの渦を発生させることが知られている．本研究では，(A)遠心力による渦の崩壊作用，(B)崩壊を抑制する軸方向流れに注目し，渦の崩壊における力学的な共通原理を明らかにすることを目的とする．2022年度は，軸方向流れを導入できる信州大学の曳航水槽での実験用の回転円錐モデルを設計，製作し，現在，可視化による定性的な傾向を掴む予備実験を行っている．また，これまでの実験によって得られた半頂角が0度(回転円柱)，30度，60度,90度(回転円盤)のデータの処理を横断的に行った．これらのケースは，これまで，個別に評価されることが多く，その相違点，遷移や不安定性における共通点に着目されることが少なく，論文出版，学会発表に繋がった．

The characteristics of laminar flow, turbulent flow, turbulent flow, wall friction, heat transfer, flow separation, fluid machinery, and transport machinery are studied. The product is highly developed and complex curved surfaces are developed. General three-dimensional curved surfaces are developed. Boundary laminar flow and turbulent flow are transferred. Basic research is conducted. Obstacles to optimal design are discussed. In this paper, a representative example of the 3D boundary layer is presented. The vortex structure of the turbulent flow and the turbulent migration process of the turbulent flow are optically measured and analyzed. The apex angle and geometry of the vortex cone are different from those of the spiral vortex, and the apex angle is different from that of the spiral vortex. This study focuses on (A) vortex collapse due to remote force,(B) axial flow due to vortex collapse suppression, and (C) common principles of vortex collapse mechanics. In 2022, axial flow was introduced into the design, production, and implementation of the return cone design for the drag tank of Shinshu University. For example, if the angle of rotation is 0 degrees, 30 degrees, 60 degrees, 90 degrees, the angle of rotation is 0 degrees, the angle of rotation is 0 degrees. The common point of migration instability is the common point of migration instability. The paper is published and the society is published.