Effect of the centrifugal force on laminar-turbulent transition on a rotating cone

离心力对旋转锥体上层流-湍流转变的影响

基本信息

  • 批准号:
    22K20406
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.83万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2022-08-31 至 2024-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

滑らかな流れ(層流)から乱れた流れ(乱流)への遷移は,壁面摩擦,熱伝達,流れの剥離などの性質を著しく変えるため,流体機械,輸送機械の効率に直結する問題として研究されてきた.これらの製品は高度な研究開発を経て複雑な曲面を有しているが,一般的な3次元曲面に発達する境界層流れの乱流遷移を扱った基礎研究は少なく,最適設計の障害になっている.本研究は,3次元境界層の代表例である回転円錐上に発達する流れの渦構造とその崩壊による乱流遷移過程を光学計測を通じて解明する.頂点角度のみで幾何形状が決まる回転円錐は単純なモデルながら,頂点角度によって,横流れ不安定性による螺旋型の渦,遠心力不安定性によるリング型の渦と曲面上流れを代表する異なるタイプの渦を発生させることが知られている.本研究では,(A)遠心力による渦の崩壊作用,(B)崩壊を抑制する軸方向流れに注目し,渦の崩壊における力学的な共通原理を明らかにすることを目的とする.2022年度は,軸方向流れを導入できる信州大学の曳航水槽での実験用の回転円錐モデルを設計,製作し,現在,可視化による定性的な傾向を掴む予備実験を行っている.また,これまでの実験によって得られた半頂角が0度(回転円柱),30度,60度,90度(回転円盤)のデータの処理を横断的に行った.これらのケースは,これまで,個別に評価されることが多く,その相違点,遷移や不安定性における共通点に着目されることが少なく,論文出版,学会発表に繋がった.
从平滑流(层流)到湍流(湍流)的转变会显着改变壁面摩擦、传热和流动分离等特性,因此将其作为与流体机械和运输机械的效率直接相关的问题进行研究。它已经完成了。这些产品经过先进的研发,具有复杂的曲面,但对边界层流的湍流转变发展成一般三维曲面的基础研究却​​很少,这是优化设计的障碍。这项研究使用光学测量来阐明在旋转锥体上形成的流动的涡流结构(三维边界层的典型例子)以及由于其崩溃而导致的湍流转变过程。虽然旋转锥体是一个简单的模型,其几何形状仅由顶角决定,但它可以根据顶角产生不同类型的涡流:由于错流不稳定而产生的螺旋涡流、由于离心力不稳定而产生的环形涡流、众所周知,涡流代表弯曲表面上的流动。在本研究中,我们重点关注(A)离心力引起的涡流塌陷效应和(B)抑制塌陷的轴流,旨在阐明涡流塌陷的常见力学原理。 2022年,我们在信州大学的拖曳水箱中设计并制造了用于实验的旋转锥体模型,该模型可以引入轴流,目前正在进行初步实验,以通过可视化掌握定性趋势。此外,对之前半顶角为0度(旋转圆柱体)、30度、60度和90度(旋转圆盘)实验获得的数据进行了横截面处理。到目前为止,这些案例往往被单独评估,很少关注它们在转型和不稳定方面的差异和共性,导致在学术会议上发表论文和演讲。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Instabilities and scalings for eccentric Taylor-Couette-Poiseuille flow
偏心 Taylor-Couette-Poiseuille 流的不稳定性和标度
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    K. Kato;P. H. Alfredsson;P. Schlatter;R. J. Lingwood
  • 通讯作者:
    R. J. Lingwood
FLOW A sample of projects 2022
FLOW 2022 年项目样本
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
スウェーデン王立工科大学(スウェーデン)
瑞典皇家理工学院(瑞典)
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
回転円錐周りの流れ
绕旋转锥体流动
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yuka Deki;Yuichiro Nagatsu;Manoranjan Mishra;Ryuta X. Suzuki;加藤 賢太郎
  • 通讯作者:
    加藤 賢太郎
Scaling for onset of instability and transition in rotating-cone boundary layers
旋转锥体边界层中不稳定和转变开始的缩放
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Kentaro Kato;P. Henrik Alfredsson;R. J. Lingwood
  • 通讯作者:
    R. J. Lingwood
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加藤 賢太郎其他文献

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    $ 1.83万
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