進行波状制御による乱流摩擦抵抗低減に関する理論的・数値的研究

利用行波控制减少湍流摩擦阻力的理论与数值研究

• 批准号: 11J03928
• 负责人: 守 裕也
• 金额: $ 0.83万
• 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: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J03928/
• 关键词: 壁乱流; 直接数値シミュレーション; 摩擦抵抗低減制御

流体と壁面との間に生じる摩擦抵抗の低減手法についての研究を行った.流れが乱流へ遷移した状態では,流体の非定常性及び非線形に起因して渦運動が活発になるため,摩擦抵抗が著しく増加する.この抵抗の低減手法は省エネルギの観点からも工学的に重要であるため,幅広く研究が行われている.本研究では,最も簡単な系である平行平板問乱流において,センサを用いずに大きな制御効果を得ることができると知られている壁面からの進行波状制御入力に着目した.壁面からの吹出し吸込みを進行波状に行う制御に関しては,低レイノルズ数乱流において,従来知られていたように上流方向進行波で摩擦抵抗低減,下流方向進行波で抵抗が増加することを確認し,またこの増減に関しては線形解析でのメカニズムを拡張できることが分かった.一方で,下流方向への進行波においてパラメータによっては乱流中の乱れが減少していき,層流化することも明らかになった.この場合,制御効率は最大となった.本制御の実用化を見据え,外力や壁面変形を用いた制御についても検証を行った.外力に関しては浮力を用いた場合では制御効果が小さく摩擦を増加させる方向に働いた一方で,ローレンツカを模擬した外力制御では低減し,そのメカニズムは吹出し吸込みの場合と同様に説明できることが分かった.また,壁面変形に関しては数値シミュレーションと実験の両方を行った.数値シミュレーションに関しては,下流方向に進行させた場合に乱れが減少していく再層流化が見られ,これは吹出し吸込みの場合と傾向が一致した.一方,実験ではゴム膜を用いて進行波を発生させることで計算と同様に抵抗の低減が見られた.

我们研究了一种减少流体与壁面之间发生的摩擦阻力的方法。当流动过渡到湍流时，由于流体的非定常性和非线性，涡流运动变得活跃，从而减少了摩擦阻力的显着增加。从节能的角度来看，这种减少电阻的方法具有重要的工程意义，因此已被广泛研究，而不使用传感器。我们重点研究了从壁面输入的行波控制，已知这种控制能够获得显着的控制效果。对于以行波形状从壁面进行吹气和吸气的控制，有如上所述，已证实，沿上游方向行进的波浪会减小摩擦阻力，而沿下游方向行进的波浪则会增加阻力。线性分析中的机制可以扩展到这种增加和减少。研究还表明，根据参数的不同，当波沿流动方向传播时，湍流中的湍流会减少，流动会变成层流，在这种情况下，控制效率会最大化。在该控制中，我们还验证了使用外力和壁变形的控制，当使用浮力时，控制效果较小，并且向增加摩擦力的方向起作用，而模拟洛伦兹卡的外力控制则减小了该机制。发现湍流可以用与井喷和吸力情况相同的方式来解释。此外，针对壁面变形进行了数值模拟和实验。数值模拟表明，随着湍流的进展，湍流减小在下游方向观察到重新层化，并且这种趋势与吹气和抽吸的情况一致。另一方面，在实验中，通过使用橡胶膜产生行波，观察到阻力的减小，类似地。到计算。

项目成果

Drag Reduction by Streamwise Traveling Wave-like Lorenz Force in Channel Flow

河道流中流向行波洛伦兹力减阻

• 发表时间: 2011
• 作者: H.Mamori;K.Fukagata
• 通讯作者: K.Fukagata

RELAMINARIZATION OF TURBULENT CHANNEL FLOW USING TRAVELING WAVE-LIKE WALL DEFORMATION

• DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2012.01.007
• 发表时间: 2012-06
• 期刊: Proceeding of Seventh International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
• 作者: R. Nakanishi;H. Mamori;K. Fukagata

Drag Reduction mechanism in turbulent channel flow controlled by traveling wave-like blowing and suction

行波吹吸控制湍流通道流减阻机制

• 发表时间: 2012
• 作者: K.Higashi;H.Mamori;K.Fukagata;大溪正浩;H. Mamori and K. Fukagata
• 通讯作者: H. Mamori and K. Fukagata

Simultaneous control for friction drag reduction and heat transfer augmentation by traveling wave-like blowing/suction

通过行波式吹/吸同时控制减少摩擦阻力和增强传热

• 发表时间: 2010
• 作者: Higashi K.;Mamori H.;Fukagata K.
• 通讯作者: Fukagata K.