気泡による壁面摩擦抵抗の知的低減

利用气泡智能减少壁面摩擦阻力

• 批准号: 06J04292
• 负责人: 大石 義彦
• 金额: $ 1.22万
• 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: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J04292/
• 关键词: 抵抗低減; 気泡; 乱流; 乱流構造; チャネル流れ; 可視化計測; 画像解析; PTV(粒子追跡法); 気泡流; 画像処理

気泡のまわりに如何なる流れ場が誘発されてレイノルズせん断応力を低下させるのか,という現象論上の因果関係を可視化実験によって解明することが本研究の目的である.特にレイノルズせん断応力に影響する縦渦に足して気泡がどのような振舞いをするのかという点に注目した.チャネル内に20〜30μmのマイクロバブルを電気分解によって発生させ,乱流中におけるマイクロバブルの挙動を乱流構造の可視化を行った.乱流構造の可視化にはKalliroscopeという2〜10μm以下の板状の微粒子を用いた.マイクロバブルの挙動をPTVによって計測すると,気泡がスパン方向に振動することが確認された.これによって,マイクロバブルが乱流構造に干渉しそれぞれの運動特性によって相互に壁面摩擦に働きかけていることを示唆することが得られた.また,人工的に発生させた縦渦に気泡を混入させ,気泡と縦渦のそれぞれの影響を調査した結果,縦渦の渦度が減少し渦核の距離が離れることがわかった.さらに気泡の移流速度は縦渦の回転速度よりも遅く,その回転時の振動周期が異なることがわかった.層流から乱流までの低Re数で実施されていることである.これは数値シミュレーションでの対応が取れる実験であることである.これまでに数値シミュレーションで問題となっていた気泡によって誘発された擬似乱流の影響をシミュレーションのモデルに含めるか否かを判断する重要な材料となった.また,本研究中に本研究では気泡界面と壁面せん断応力を動機計測することにより気泡が通過した後に摩擦が低減することを確認し,この低減効果を表す瞬時ゲインが3.5〜5.0(平均で2.0程度)であることが確認された.これは気泡群が壁面を通過した後,低減効果が持続されることを意味する.これは単に気泡を吹き込むことで摩擦抵抗を抑制させるのではなく,気泡の吹き込みを制御することで積極的な摩擦制御につながる.本研究課題では「単一気泡周りの流れ場が引き起こす摩擦抵抗増減効果」,「気液界面で汚れの影響を含まない条件での摩擦抵抗低減効果」,「微細気泡と乱流構造の干渉」の現象を可視化し包括的な解明のための基礎を築いた.

The purpose of this study is to visualize the causal relationship in phenomenological theory. The first step is to make sure that you have a good understanding of the situation. 20 ~ 30μm in diameter, the turbulence in the turbulent flow is visualized. Visualization of turbulent structures and application of plate-like particles below 2 ~ 10μm in Kalliroscope. PTV measurement of vibration in different directions. The structure of turbulent flow is characterized by mutual wall friction. As a result of the investigation of the influence of the bubble on the vortex, the vorticity of the vortex is reduced and the distance between the vortex core and the vortex core is reduced. The velocity of the bubble is different from the velocity of the vortex, and the period of the vortex oscillation is different. Laminar turbulence and low Re numbers are implemented. This is the first time I've ever seen you. This is an important material for determining whether or not the number of problems involved in the simulation of turbulence is included in the calculation of the number of problems involved. In this study, the bubble interface and wall surface break force were measured and the friction reduction after bubble passage was confirmed. The instantaneous friction reduction was 3.5 ~ 5.0(average 2.0). After the bubble group passes through the wall, it reduces the effect of the bubble group. The friction resistance is suppressed, and the friction resistance is suppressed. This research topic is "the effect of friction resistance reduction caused by the flow field of a single bubble cycle,""the effect of friction resistance reduction caused by the influence of contamination on the gas-liquid interface," and "the phenomenon of fine bubbles and turbulence structure drying."

项目成果

水平壁面乱流境界層内の単一気泡がもたらす流動場変調

水平壁湍流边界层中单个气泡引起的流场调制

• 发表时间: 2007
• 期刊: 日本機械学会論文集B編 73
• 作者: Ryuta Muromoto;Masato Ishida;Kenji Sugiyama;Yuichi Sekine;Kenji Oritani;Kazuya Shimoda;Tadashi Matsuda;大石義彦
• 通讯作者: 大石義彦

乱流チャネル中における単一気泡周りの流れのPTV計測

PTV 测量湍流通道中单个气泡周围的流动

• 发表时间: 2006
• 期刊: キャビテーションに関するシンポジウム(第13回)講演論文集 NO.6
• 作者: Ryuta Muromoto;Masato Ishida;Kenji Sugiyama;Yuichi Sekine;Kenji Oritani;Kazuya Shimoda;Tadashi Matsuda;大石義彦;Yoshihiko Oishi;大石義彦
• 通讯作者: 大石義彦

乱流中における気泡直径別に見る摩 擦抵抗低減機構の検討

基于气泡直径的湍流摩阻减阻机理研究

• 发表时间: 2007
• 作者: Ryuta Muromoto;Masato Ishida;Kenji Sugiyama;Yuichi Sekine;Kenji Oritani;Kazuya Shimoda;Tadashi Matsuda;大石義彦;Yoshihiko Oishi;大石義彦;大石義彦;大石義彦;大石義彦;Yoshihiko Oishi;Yuichi Murai;Yuichi Murai;大石義彦
• 通讯作者: 大石義彦

Waveforms of local frictional drag modified by bubbles

气泡修正的局部摩擦阻力波形

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proc. European Drag Reduction ＆ FC Meeting 1
• 作者: Y.Oishi;Y.Murai;et al.
• 通讯作者: et al.

カリロスコープによる気泡を含む壁面乱流の可視化

使用口径镜可视化包括气泡在内的壁湍流

• 发表时间: 2006
• 期刊: 第84期日本機械学会流体工学部門講演会CD-ROM版講演論文集 708
• 作者: Ryuta Muromoto;Masato Ishida;Kenji Sugiyama;Yuichi Sekine;Kenji Oritani;Kazuya Shimoda;Tadashi Matsuda;大石義彦;Yoshihiko Oishi;大石義彦;大石義彦;大石義彦;大石義彦
• 通讯作者: 大石義彦