高速車両及び超音速機の環境負荷軽減を目指した空間発達乱流境界層の摩擦抵抗低減制御

空间发展的湍流边界层的摩擦减阻控制旨在减少高速车辆和超音速飞机对环境的影响

• 批准号: 12J03450
• 负责人: 亀谷 幸憲
• 金额: $ 1.15万
• 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: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J03450/
• 关键词: 乱流境界層; 摩擦抵抗低減; 数値シミュレーション; 吹出し・吸込み; 空間発達乱流境界層; 摩擦抵抗低減制御; 超音速乱流境界層; 熱線流速計計測; 直接数値シミュレーション; デタッチドエディシミュレーション; アタッチトエディモデル

高速車両や超音速機の機体表面に生じる粘性摩擦抵抗の低減手法の開発は, 燃料消費を減少させ, 環境負荷を軽減させる上で重要である. 計算機の能力向上および数値解析手法の発達により, 多くの制御手法が数値シミュレーションで検証されて来たが, 高速条件下[高レイノルズ(Re)数及び高マッハ(M)数]の乱流構造への影響を踏まえた解析は乏しいと言える. 本研究では低Re数条件下で確かめられている壁面からの一様吹出し及び吸込みの効果の, Re数及びMa数依存性を考察する.【レイノルズ数依存性】主流速度の0.1%の強さでの一様吹出し・吸込みを330<Re(=U_∞θ/v)<550から800<Re<2500の範囲に拡大して空間発達乱流境界層のラージエディシミュレーションを行った. 低Re数での結果と同様に吹出しで摩擦低減, 吸込みで増加が確認された. 吹出しによる抵抗低減率は, 低 Re数かつ狭い領域で得た10%よりも高く18%を達成した. 同様に制御効率も向上した. 本結果から, より高いRe数条件下でも摩擦抵抗低減を達成し, 吹出し領域を拡大するほど高い摩擦抵抗低減率を得ることが確認された.【マッハ数依存性】バルク質量流量の0.1, 0.3, 0.5%の吹出し・吸込みを用いた乱流チャネルの直接数値シミュレーション(DNS)を, Ma=0.8および1.5で行った. この際, 前年度の結果を踏まえて数値計算精度を向上させている. ベース流れの摩擦Re数は200とした. 非圧縮での先行研究と同様に, 吹出し壁で摩擦低減, 吸込み壁で増加が確認された. 超音速条件下では, 亜音速条件下よりも吹出し・吸込みの影響が小さくなる傾向が確認された. 同摩擦Re数, 主流Ma数を1.5, 吹出し強さを主流の0.1%として空間発達乱流境界層DNSを実施し, 非圧縮計算による先行研究とほぼ同様の約15%の摩擦低減を得た. 今後衝撃波に関する考察が必要となる.

Viscous friction on the surface of the high-speed engine supersonic engine is resistant to low-speed friction, the fuel consumption is less, and the environment is less expensive. The ability of the computing machine to analyze the number of devices is very good, and the number of control methods is very high. Under the condition of high speed, the number of high-speed data sets (Re) and high-speed data (M) is very high. In this study, we studied the dependence of Re number and Ma number on the wall surface under the condition of low Re number. The mainstream velocity is 0.1% and the mainstream velocity is 0.1%. In this study, under the condition of low Ma number, make sure that the wall surface is blown out of the air, and the dependence of the number of LTX and the number of LTX is investigated. In the range of 2500, the air space reaches the boundary of turbulence, the air space reaches the boundary of turbulence, and the space reaches the level of turbulence. The results of low Re test results show that the friction is low, and the absorption temperature is low. Blow out the low resistance rate, low Re number, narrow field, 10%, 18%, 18%, 10%, 18%. In the same way, the rate of control is higher than that of others. The result of this result shows that under the condition of high Re number, the friction resistance is low, and the field temperature is high, the friction resistance rate is high, the friction resistance rate is low, and the flow rate is 0.1,0.3,0.5%. The flow rate is 0.1,0.3,0.5%. It is necessary to use turbulence to directly count the flow rate (DNS). Ma=0.8

项目成果

Direct numerical simulation of spatially developing supersonic boundary layer for skin friction drag reduction

用于减少表面摩擦阻力的空间发展超音速边界层的直接数值模拟

• 发表时间: 2012
• 作者: Yuki Fujio;Tomoaki sato;Norio Miura;Y. Kametani and K. Fukagata
• 通讯作者: Y. Kametani and K. Fukagata

DIRECT NUMERICAL SIMULATION OF SPATIALLY DEVELOPING TURBULENT BOUNDARY LAYER FOR SKIN FRICTION DRAG REDUCTION BY WALL SURFACE-HEATING OR COOLING

• DOI: 10.1080/14685248.2012.710750
• 发表时间: 2012-08
• 期刊: Proceeding of Seventh International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
• 作者: Y. Kametani;K. Fukagata

Direct numerical simulation of turbulent mixing layers with periodic forcing induced inflow

具有周期性强迫流入的湍流混合层的直接数值模拟

• 发表时间: 2013
• 作者: Tomoaki Sato;et al;亀谷幸憲
• 通讯作者: 亀谷幸憲