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.

我们已经研究了一种方法，用于降低流体和壁表面之间的摩擦抗性。在流动过渡到湍流的状态下，由于流体的非平稳性和非线性，涡流运动变得活跃，这显着增加了摩擦电阻。这种降低电阻的方法是从节能的角度设计的，并且已经进行了广泛的研究。在这项研究中，我们专注于从壁表面的流动波状控制输入，众所周知，该输入能够在最简单的平行板湍流系统中使用传感器而获得较大的控制效果。关于在行驶波中从壁表面吹进来的控制，我们证实，在低雷诺数湍流中以前所知，上游行进波和下游行驶波降低了摩擦电阻，并且发现线性分析的机制可以随着这种增加或减少而扩展。另一方面，还揭示了向方向行驶波的某些参数减少湍流中的湍流，并实现了层流。在这种情况下，控制效率最大化。为了实际应用此控制，我们还使用外力和墙壁变形验证了控制。关于外力，使用浮力时，控制效果很小，尽管减少了外力控制模拟的洛伦茨卡斯，但该机制的机制可以与抽水吸力相同的方式进行解释。另外，进行了数值模拟和实验。关于数值模拟，观察到重新流动，其中在进行抽抽取时进行流绘进行流动时降低湍流，这与抽空吸力的趋势一致。另一方面，在实验中，使用橡胶膜生成流动波，从而降低了类似于计算的电阻。

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.