気泡注入アクティブ制御による新しい乱流摩擦抵抗低減技術の開発

利用气泡喷射主动控制开发新型湍流摩擦减阻技术

基本信息

批准号：
15J00147
负责人：
朴炫珍
金额：
$ 1.47万
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：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J00147/
关键词：
乱流制御抵抗低減気泡

项目摘要

船舶における空気潤滑法の効率向上が本研究の目的である．昨年度では気泡注入を周期的に行うことで人工的なボイド波を乱流境界層に与えて空気潤滑法の抵抗低減を促進させる反復気泡注入（Repetitive bubble injection, RBI）を提唱し，その実用性の立証に注力した．RBIを有効的に使用するためには，ボイド波の発達・成長過程に合わせた制御が必要である．ボイド波の発達・成長過程を理解するため，既存の連続気泡注入（Continuous bubble Injection, CBI）における自然に成長するボイド波について，二つの実験を用いて調べた．<CBIにおける自然発達ボイド波計測>RBIは気泡が移流する際に生じる気泡の粗密分布（クラスター）を積極的に利用する技術である．RBIを船舶に適用するためには，外部流れにおけるクラスターの生成有無を確認する必要がある．そのため，4ｍの平板境界層をもつ模型船を用いて，気泡の挙動を実験的に調査し，周期的に流れる気泡クラスター（ボイド波）を確認した．このボイド波は摩擦抵抗低減と因果関係があると予想されるため，二流体モデルを用いて，その関係を理論的に示した．<気泡間相互作用の基礎研究>気泡クラスターは複数の気泡が移流する際に気泡間の相互作用により生成されると仮定し，その相互作用を理解するため，フランスのIMFTのRoig教授の協力を得て，チェインバブルを用いた基礎実験を行った．ここで，チェインバブルは同一の軌道をもって一列に並んで上昇する気泡列をいう．IMFTに訪問し，一か月間チェインバブルの実験を行った．厚さ1mmの水槽の底面に設置したキャピラリーチューブで一定流量で空気を注入すると，チェインバブルが形成されるが，流量が増加すると，気泡間の相互作用によりクラスターが形成される．現在，挙動気泡を分析し，Roig教授と議論をしている．

这项研究的目的是提高船舶上空气润滑方法的效率。去年，我们提出了重复的气泡注入（RBI），该注射周期性地注入气泡以将人造的波浪施加到湍流边界层中，以促进空气润滑方法的耐药性降低，并集中于其实用性的证明。为了有效使用RBI，必须进行控制，以量身定制空隙波的发展和生长过程。为了了解空隙波的发展和生长过程，我们使用两个实验研究了现有的连续气泡注入（CBI）中天然生长的空隙波。 <CBI> RBI中自发发展的空隙波的测量是一种积极利用气泡对流时发生的气泡的粗糙和致密分布（群集）的技术。要将RBI应用于容器，有必要检查是否在外部流中产生簇。因此，我们使用具有4m平板边界层的模型容器在实验上研究了气泡的行为，并确认了周期性流动的气泡簇（空隙波）。由于该空隙波有望与摩擦抗性降低有因果关系，因此理论上使用两流体模型在理论上显示了这种关系。 <关于气泡之间相互作用的基本研究>我们假设气泡簇是通过在多个气泡对流时气泡之间的相互作用而产生的，并且为了理解相互作用，我们在法国的IMFT教授的合作下使用链泡的基本实验进行了基本的实验。在这里，链气泡是一系列与相同轨迹一致的气泡。我们访问了IMFT，并进行了一个月的链泡实验。当以恒定的流速通过安装在1mm厚的水族馆底部的毛细管以恒定流速注入空气时，会形成链气泡，但是当流速增加时，由于气泡之间的相互作用而形成簇。目前，我们正在分析行为泡沫，并与Roig教授讨论。