乱流の素過程に基づく摩擦抵抗低減則の構築

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平成19年度の研究では,壁面ごく近傍のスパン方向速度を抑制することにより,摩擦抵抗が著しく減少することを示した.また,それに伴い,壁面近傍のレイノルズ応力の不変量図において,乱流状態が非制御時に比べて,より1成分流れに近づく傾向が明らかになった.この一成分流れに近づく傾向は,他の制御手法によって制御された流れ場にも同様に見られ,壁面摩擦抵抗低減の普遍的な機構であると考えられる.また,摩擦に直接寄与するレイノルズ応力と不変量図との数学的な関係を調べたところ,レイノルズ応力の主軸と流れ方向の角度差が摩擦抵抗低減と密接に関連することを示し,そのことを数値計算によって確認した.これらの結果は,平成20年8月にアデレートで開催される第22回国際理論応用力学会(22nd International Congress of Theoretical and Applied Mechnics),及び平成21年5月にセイントルースで開催される第2回乱流と相互作用に関する国際会議(2nd International Conference on Turbulence and Interaction-TI2009-)にて発表する予定である.また,上記のスパン方向速度の抑制制御をより現実的なものにするため,壁面の流れ方向せん断応力のみを用いた新たな制御則を開発した.そのための第一段階として,壁面流れ方向摩擦と壁面近傍のスパン方向速度の時空間相関を計算することで,両者の位相関係を明らかにした.その結果は,平成21年9月の第12回ヨーロッパ乱流会議(European Turbulence Conference)で発表予定である.更に,この知見に基づき,流れ方向壁面せん断に基づくスパン方向速度の抑制制御則を開発した.その結果,過去に提案されている流れ方向壁面摩擦のみに基づく制御則の中では,最も高い摩擦抵抗低減率が得られることが分かった.更に,上記の制御則を現実的なものにするため,有限の長さのアクチュエータを想定した計算も実施し,制御効果に与える影響は小さいことを示した.以上の結果は,平成20年6月に韓国で開催される第6回乱流,せん断流現象に関する国際会議(6th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena,TSFP6)にて,発表予定である.