壁乱流準秩序構造の再生機構の解明とそのアクティブ制御に関する研究

壁面湍流准有序结构再生机制阐明及其主动控制研究

• 批准号: 10J56202
• 负责人: 焼野 藍子
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J56202/
• 关键词: 摩擦抵抗低減制御; 直接数値計算; 過渡安定性解析; 直接安定性解析; 壁乱流の自律維持機構; 低速ストリーク; 縦渦構造; 乱流; 乱流秩序構造; 乱流制御; 流体力学; アクティブ制御; 安定性解析; 最適成長率解析; ストリーク構造

省エネルギーや環境負荷低減の観点から,摩擦抵抗低減,伝熱促進,騒音低減等を目指した,乱流の高効率で自在な制御技術の要請が高まっている.工学上対象となる流れの多くは,壁面に沿う勇断乱流であり,優れた制御を達成するためには,壁面近傍の縦渦構造に適切な作用を施すことが有効であることが,近年の研究で明らかにされている.一方,様々な乱流制御手法の中で,壁面のスパン方向の周期振動が,顕著な抵抗低減効果を達成することが知られている.比較的単純な制御則であるものの,抵抗低減機構には未解明な部分が多く,最適化,実用化に向けて,更に詳細な解析が必要である.本研究では二年間に,チャネル乱流の直接数値計算とエネルギー過渡安定性解析の二つの手法を用いた解析を行った,平成22年度は主に直接数値計算からの縦渦構造の条件付き抽出から,壁近傍でレイノルズ応力を生成する主な原因となっている縦渦運動の変化を詳細に示し,摩擦抵抗低減を引き起こす運動と関連づけて説明をおこなった.平成23年度は平行平板間流れのエネルギー過渡成長におよぼすストークス層効果の検証を行った,従来研究で指摘されている通り,平行平板間流れで最も増幅するエネルギーの過渡成長モードが,直接数値計算で確認される壁近傍の低速ストリークのスケールと一致することを確認した.次にスパン方向の壁振動制御時に見られるストークス層が重畳する場合についての解析を行い,低速ストリークのスケールと一致するモードの過渡成長率が変化することを初めて確認した.これらの結果より,直接数値計算で見られるスパン方向壁振動時の摩擦抵抗低減と,低速ストリークに対応するモードの過渡成長率の低減の間の関係性が示唆された.以上,本研究ではスパン方向の壁振動によって,壁面せん断流の過渡安定性や乱流構造の変化に焦点を当て,乱流制御手法の最適化,実用化にむけて有用な知見を得た.

The aim of the invention is to reduce the environmental load, reduce friction resistance, promote heat transfer, reduce noise, etc., and to improve the efficiency of turbulence and control technology. In engineering, there are many kinds of turbulence along the wall surface, and the optimal control is achieved. The vortex structure near the wall surface is suitable for application. On the one hand, the periodic vibration of the wall in the direction of the axis of the turbulent flow control method is realized, and the resistance to low attenuation is realized. Compared with the simple control rules, there are many unexplained parts of the resistance reduction mechanism, optimization, practical application, and more detailed analysis are necessary. In this study, the direct numerical value calculation of turbulent flow in the past two years and the analysis of transient stability in the past two years were carried out. In 22 years, the direct numerical value calculation of turbulent flow in the past two years were carried out. The conditions of vortex structure were extracted. The main reasons for the generation of turbulent force near the wall and the transformation of vortex motion were shown in detail. The relationship between friction resistance and motion was explained. In 2003, the model of transition growth of parallel plate flow was studied. The results showed that the transition growth of parallel plate flow increased most rapidly. The direct numerical calculation confirmed the consistency of low speed transition growth near the wall. The wall vibration control time in the second direction is observed in the case where the layer is heavy, and the transition growth rate is changed in the case of low speed. The direct numerical calculation shows the relationship between the reduction of friction resistance in the case of wall vibration and the reduction of transition growth rate in the case of wall vibration at low speed. In this study, we have obtained useful insights into the optimization of turbulence control methods, including the optimization of wall vibration in the direction of flow, the transition stability of wall discontinuity, and the transformation of turbulence structure.

项目成果

Interpretation of the Optimal Frequency for Skin Friction Drag Reduction with Spanwise Wall-Oscillation Control

通过翼展壁面振动控制减少表面摩擦阻力的最佳频率的解释

• 发表时间: 2010
• 作者: Yakeno A.;Kasagi N.;Hasegawa Y.
• 通讯作者: Hasegawa Y.

時空間周期性を有するプレディターミンド制御の壁乱流摩擦抵抗低減機構

具有时空周期性的预定终点控制的壁面湍流摩阻减阻机制

• 发表时间: 2010
• 期刊: 日本機会学会論文集,C編
• 作者: 焼野藍子;長谷川洋介;笠木伸英
• 通讯作者: 笠木伸英