Study of Instability and Turbulent Transition of Helical Vortices

螺旋涡的不稳定性和湍流转变研究

基本信息

  • 批准号:
    21H01242
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 6.82万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2021-04-01 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

本研究の目的は、らせん渦が不安定化し乱流遷移する過程と、遷移後の流れの性質を、物理的素過程としての不安定性に基づいて体系的に解明することである。らせん渦を特徴づける複数のパラメータ(太さ・捩り・軸流・本数・レイノルズ数)と擾乱の性質に対する依存性の全貌を明らかにする。令和4年度は、乱流遷移の端緒となる不安定性の全貌を明らかにすることを目的として、長波長不安定性による乱流遷移過程についての研究、さらに短波長不安定性による乱流遷移過程についての研究を行った。実験によれば、長波長不安定性によるらせん渦の大変形が相互誘導型の不安定性を誘発して乱流遷移を引き起こす可能性がある。まず線形化方程式の直接数値シミュレーションにより長波長不安定モードを求め、その構造と成長率が理論による予測に近いことを確認した。次に、得られた長波長不安定モードを微小擾乱として基本流であるらせん渦に加え、非線形方程式の直接数値シミュレーションを行った。その結果、らせん渦の一部が自分自身と切りつなぎを起こすことで、らせんのピッチが倍になる現象を発見した。同時に渦輪が形成され、らせん渦から分離して運動することもわかった。次に短波長不安定性による乱流遷移過程について、前年度得た結果を弱非線形理論により解明する研究を行った。楕円型不安定性の最も基本的なモードの場合に振幅方程式を導き、その係数をモード構造から計算した。これにより、非線形飽和の条件を導くとともに、らせんの渦核が直接乱流遷移するかどうかの判定条件を導き、弱非線形理論の結果と直接数値シミュレーションの結果を比較して、矛盾がないことを示した。以上の結果は、乱流遷移の過程と遷移後の流れの性質を明らかにするために重要なものである。
本研究的目的是基于不稳定作为基本物理过程,系统地阐明螺旋涡变得不稳定并经历湍流转变的过程,以及转变后的流动特性。我们将阐明对表征螺旋涡流的多个参数(厚度、扭转、轴流、涡流数量和雷诺数)以及扰动性质的依赖性的整个情况。 2020财年,我们将进行长波长不稳定引起的湍流转变过程的研究,以及短波长不稳定引起的湍流转变过程的研究,目的是弄清作为开始的不稳定的整个图景。进行了动荡的转变研究。实验表明,长波长不稳定导致的螺旋涡旋的大变形会诱发互感不稳定并引起湍流转变。首先,我们通过直接数值模拟线性化方程确定了长波长不稳定模式,并证实其结构和增长率与理论预测接近。接下来,我们将获得的长波长不稳定模式作为微小扰动添加到基本流动螺旋涡中,并对非线性方程进行直接数值模拟。结果,他们发现了一种现象,螺旋涡流的一部分与自身切割并连接,导致螺旋的螺距加倍。同时,还发现形成了涡环,并与螺旋涡分开运动。接下来,我们通过阐明前一年使用弱非线性理论获得的结果,研究了由于短波长不稳定性引起的湍流转变过程。我们推导了椭圆不稳定性最基本模式的振幅方程,并根据模式结构计算了其系数。由此推导了非线性饱和的条件以及确定螺旋涡核是否直接转变为湍流的条件,并将弱非线性理论的结果与直接数值模拟的结果进行了比较确认不存在矛盾。上述结果对于阐明湍流转捩过程以及转捩后的流动特性具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Study of Turbulent Transition and Statistical Properties of Turbulence of Destabilized Helical Vortex
失稳螺旋涡的湍流转捩及湍流统计特性研究
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yuji Hattori;Ivan Delbende;Maurice Rossi
  • 通讯作者:
    Maurice Rossi
軸対称渦上の非線形慣性波の特性の研究
轴对称涡旋非线性惯性波特性研究
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    阿部 哲弥;服部裕司
  • 通讯作者:
    服部裕司
Instability of Curved Vortices
弯曲涡旋的不稳定性
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    M. Asakawa;B. Muller;M. Kitazawa;Yuji Hattori
  • 通讯作者:
    Yuji Hattori
回転成層流体中の渦列の不安定性
旋转分层流体中涡街的不稳定性
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    服部裕司;廣田真
  • 通讯作者:
    廣田真
渦上の非線形慣性波の特性の研究
涡旋非线性惯性波特性研究
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    阿部 哲弥;服部裕司
  • 通讯作者:
    服部裕司
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  • 通讯作者:
    服部 裕司
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2007
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
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    服部 裕司;三宅 俊甫;福本 康秀;Takuma Tanaka and Toshio Aoyagi;福本康秀;Tatsuo Yanagita
  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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    Takuma Tanaka and Toshio Aoyagi
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  • 发表时间:
    2007
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    服部 裕司;泥谷 圭亮;福本 康秀
  • 通讯作者:
    福本 康秀
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使用交流电压通过磁螺旋注入进行稳定电流驱动的仿真
  • DOI:
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    0
  • 作者:
    廣田 真;P. J. Morrison;W. Horton;服部 裕司
  • 通讯作者:
    服部 裕司

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知道了