進行波状制御による乱流摩擦抵抗低減に関する理論的・数値的研究

利用行波控制减少湍流摩擦阻力的理论与数值研究

• 批准号: 11J03928
• 负责人: 守 裕也
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J03928/
• 关键词: 壁乱流; 直接数値シミュレーション; 摩擦抵抗低減制御

流体と壁面との間に生じる摩擦抵抗の低減手法についての研究を行った.流れが乱流へ遷移した状態では,流体の非定常性及び非線形に起因して渦運動が活発になるため,摩擦抵抗が著しく増加する.この抵抗の低減手法は省エネルギの観点からも工学的に重要であるため,幅広く研究が行われている.本研究では,最も簡単な系である平行平板問乱流において,センサを用いずに大きな制御効果を得ることができると知られている壁面からの進行波状制御入力に着目した.壁面からの吹出し吸込みを進行波状に行う制御に関しては,低レイノルズ数乱流において,従来知られていたように上流方向進行波で摩擦抵抗低減,下流方向進行波で抵抗が増加することを確認し,またこの増減に関しては線形解析でのメカニズムを拡張できることが分かった.一方で,下流方向への進行波においてパラメータによっては乱流中の乱れが減少していき,層流化することも明らかになった.この場合,制御効率は最大となった.本制御の実用化を見据え,外力や壁面変形を用いた制御についても検証を行った.外力に関しては浮力を用いた場合では制御効果が小さく摩擦を増加させる方向に働いた一方で,ローレンツカを模擬した外力制御では低減し,そのメカニズムは吹出し吸込みの場合と同様に説明できることが分かった.また,壁面変形に関しては数値シミュレーションと実験の両方を行った.数値シミュレーションに関しては,下流方向に進行させた場合に乱れが減少していく再層流化が見られ,これは吹出し吸込みの場合と傾向が一致した.一方,実験ではゴム膜を用いて進行波を発生させることで計算と同様に抵抗の低減が見られた.

Research on methods to reduce frictional resistance between fluids and walls is ongoing. The unsteady and nonlinear causes of turbulent flow and migration, and the increase of frictional resistance. This resistance reduction method is important for engineering and research. In this study, the most simple system is parallel plate turbulence, which is used to control the large and small forces. The wall surface is blown out, the suction is carried out, the wave resistance is reduced, the wave resistance is increased, the wave resistance is confirmed, the wave resistance is increased, the wave resistance is confirmed, the wave resistance is increased, the wave resistance is confirmed, the wave resistance is determined, the wave resistance is determined, the wave resistance In one direction, the downstream direction of the wave is in progress, and the turbulence in the turbulent flow is reduced. In this case, the control rate is maximum. This control system is used to detect the external force and the wall shape. When external force is applied, friction is increased. When external force is applied, friction is decreased. When external force is applied, friction is increased. When external force is applied, friction is decreased. When external force is applied, friction is increased. The wall is shaped like a mirror and the mirror is shaped like a mirror. The number of cases in which the flow rate decreases in the downstream direction is consistent with the number of cases in which the flow rate decreases in the downstream direction. On the other hand, it is necessary to use the membrane to carry out wave generation, calculation and reduction of resistance.

项目成果

Drag Reduction by Streamwise Traveling Wave-like Lorenz Force in Channel Flow

河道流中流向行波洛伦兹力减阻

• 发表时间: 2011
• 作者: H.Mamori;K.Fukagata
• 通讯作者: K.Fukagata

RELAMINARIZATION OF TURBULENT CHANNEL FLOW USING TRAVELING WAVE-LIKE WALL DEFORMATION

• DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2012.01.007
• 发表时间: 2012-06
• 期刊: Proceeding of Seventh International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
• 作者: R. Nakanishi;H. Mamori;K. Fukagata

Drag Reduction mechanism in turbulent channel flow controlled by traveling wave-like blowing and suction

行波吹吸控制湍流通道流减阻机制

• 发表时间: 2012
• 作者: K.Higashi;H.Mamori;K.Fukagata;大溪正浩;H. Mamori and K. Fukagata
• 通讯作者: H. Mamori and K. Fukagata

Simultaneous control for friction drag reduction and heat transfer augmentation by traveling wave-like blowing/suction

通过行波式吹/吸同时控制减少摩擦阻力和增强传热

• 发表时间: 2010
• 作者: Higashi K.;Mamori H.;Fukagata K.
• 通讯作者: Fukagata K.