Control of turbulence by additives: principles in terms of the hierarchy of coherent structures

通过添加剂控制湍流：相干结构层次结构的原理

• 批准号: 20H02068
• 负责人: 後藤 晋
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02068/
• 关键词: 乱流; 乱流変調; 秩序構造; 数値シミュレーション; 室内実験; 高分子; 界面活性剤; 混相流; 制御; 添加物

数値シミュレーション研究（Ｓ）に関しては、概ね計画通りに研究を進めることができた。（Ｓ１）剛体球形粒子の添加による周期境界条件下の乱流の変調現象に関して、大規模数値シミュレーションによるパラメタサーベイの結果および、それに基づく理論をまとめた論文を出版した。また、同様の考えを平行平板間乱流へと適用する研究も推し進めた。さらに、球形以外の剛体粒子が乱流変調に与える影響についての研究にも着手した。（Ｓ２）弾性体粒子が渦中心に集積する現象を説明する理論を提案した。（Ｓ３）高分子や界面活性剤の添加による乱流変調現象に関しては、ミクロ描像およびマクロ描像の双方から研究を進めた。まず、前者に関しては、散逸動力学法（粗視化分子動力学）による数値シミュレーションを実行し、最長緩和時間やせん断流に対する配向に関する界面活性剤ミセルと高分子との相違点を明らかにした。一方、マクロ描像からは、構成則を用いた連続体シミュレーションおよび、ブラウン動力学法による数値シミュレーションを進めた。その結果、乱流変調現象の物理機構の理解に近づいている。室内実験研究（Ｅ）に関しては、ようやく軌道に乗り始めた。（Ｅ１）界面活性剤や高分子の添加による乱流変調現象に関する実験研究のプラットフォームとして、直方体容器内で４本の平行な円柱を互い違いの方向に回転する装置を完成させ、界面活性剤や高分子の添加による乱流変調現象を実験的に捉えることが可能となった。（Ｅ２）回流水槽を用いた実験プラットフォームを構築する過程で、自由界面近傍に置かれた物体に作用する力に関する新たな現象を発見した。これは添加物による制御とは直接は関係しないが、流れの制御の観点から興味深い発見であり、現在、さらなる解析を進めている。

关于数值模拟研究，通常按计划进行研究。 （S1）一篇论文总结了通过大规模模拟的参数调查结果，以及基于理论的理论，基于基于湍流的湍流添加刚性球形粒子的湍流。我们还促进了研究，将类似的想法应用于平行板互连。此外，他已经开始研究球形类型以外的刚性颗粒对湍流调制的影响。 （S2）我们提出了一种理论来解释弹性颗粒在涡流中积累的现象。 （S3）由于添加了微图和宏观绘图，我们对湍流调制现象进行了研究。首先，关于前者，执行了传播模型定律（基于粗糙的分子分子分子）的数值模拟，以阐明胶束，胶束，表面活性剂和高分子分子与最长的缓慢时间和庇护所分布相关的差异。另一方面，从宏观图中，促进了使用组成规则的连续模拟和棕色动态学术法下的数值模拟。结果，它正在了解对湍流调制现象的物理机理的理解。关于室内实验研究（E），我终于开始骑行。 （E1）作为对湍流调制现象进行实验研究的平台，这是由于添加表面活性剂和聚合的平台，该设备在不同方向上旋转四个平行柱，并且是表面活性剂和高中的可能性。由于添加了分子而导致的湍流调制现象。 （e2）在使用储罐的实验平台建造实验平台的过程中，在作用于放置在自由接口附近的物体上的力上发现了一种新现象。这与添加剂的控制并不直接相关，但从流控制的角度来看，这是一个有趣的发现，目前正在进一步分析。

项目成果

Generalized sweep-stick mechanism of inertial-particle clustering in turbulence

湍流中惯性粒子聚集的广义扫棒机制

• DOI: 10.1103/physrevfluids.6.044605
• 发表时间: 2021
• 期刊: Phys. Rev. Fluids
• 作者: Sunao Oka;Susumu Goto
• 通讯作者: Susumu Goto

濡れた粉体系の弾性応答

湿粉体系的弹性响应

• 发表时间: 2021
• 作者: 吉井究;大槻道夫
• 通讯作者: 大槻道夫

周期的剪断を受けた高密度粒子系におけるループ軌道と異常弾性応答

周期性剪切致密颗粒系统中的环轨迹和反常弹性响应

• 发表时间: 2021
• 作者: 大槻道夫;早川尚男
• 通讯作者: 早川尚男

乱流中における高分子鎖のふるまい

聚合物链在湍流中的行为

• 发表时间: 2022
• 作者: 小倉もな美;南聡;志摩喬之;上西達也;吉森保;中村修平;小井手祐介，後藤晋;中村 修平;小井手祐介，後藤晋
• 通讯作者: 小井手祐介，後藤晋

高分子溶液の乱流のミクロ-マクロハイブリッド数値シミュレーション

聚合物溶液中湍流的微宏观混合数值模拟

• 发表时间: 2023
• 作者: Fusayasu Hirotsugu;Heya Akira;Hirata Katsuhiro;中野元大，本告遊太郎，後藤晋;林真史，本告遊太郎，後藤晋;増田颯人，本告遊太郎，後藤晋
• 通讯作者: 増田颯人，本告遊太郎，後藤晋