壁面せん断応力分布センシングを駆使した抵抗低減機能を持つ壁面の創成

使用墙体剪应力分布传感创建具有减阻功能的墙体

基本信息

批准号：
16J09521
负责人：
市川賀康
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

(1)数値計算による流動抵抗の評価当該年度では，昨年度に単視野3次元3成分流速計測法(APTV)によって取得した，超撥水壁面近傍流動の計測結果に基づき，数値計算によってその流動形態を再現可能なモデルの構築に取り組んだ．超撥水壁面近傍流動に関して，数値計算による多くの先行研究では，気液界面は変形しないことを前提に計算モデルを構築しており，抵抗低減効果が過大に評価されることが課題として挙げられていた．一方，本研究では，昨年度の計測結果で気液界面が変形してたわむことを確認しており，その詳細な形状を取得することに成功していた．この結果に基づき，実験によって取得した気液界面の形状と，気液界面におけるすべり長さの平均値を境界条件として計算モデルに与えることによって，流動の様子が再現できることを示した．更に，数値計算結果に基づいて流動抵抗を評価し，実験結果と比較して，構築した数値計算モデルが有効であることを示した．(2)マイクロピラー周りの流動及び壁面せん断応力分布の計測当該年度では，現在までに開発に取り組んでいるAPTVを駆使し，マイクロ流路内で生じる3次元的な複雑流動の計測と，そのときに生じる壁面せん断応力分布の定量化に取り組んだ．マイクロ流路内に微小構造物を設置し，受動的に流れを制御して物質等の混合及び輸送を促進する手法があるが，構造物と流体が干渉することによって生み出される3次元的に複雑な流れ場については不明点が多い．本研究では，微小構造物として円形のピラーアレイを流路内に設置し，ピラー周りで生じる3次元的な流動の可視化に成功した．また，取得した流速分布に基づき壁面せん断応力分布を算出したところ，流路片側にピラーを設置することで，その対壁側にもせん断応力分布が誘起されること，そして流速の変化に伴い，本研究の実験系では壁面せん断応力の値が最大で24%上昇することを確認した．

（1）基于今年使用数值计算的流动电阻，基于去年使用单场3D三组分流量测量方法（APTV）获得的超水量避难所壁表面的测量结果，我们在建立一个可以通过数值量复制流量的模型来构建模型。许多先前的研究使用数值计算，这些研究基于以下假设，即气液体界面不会变形，并且挑战被认为是抗抗性降低效应被高估了，因此构建了计算模型。另一方面，在这项研究中，去年的测量结果证实了气体液体界面已变形和偏转，并且成功地获得了详细的形状。基于这些结果，我们证明可以通过应用实验获得的气体液体界面的形状以及气体液体界面处的平均滑动长度作为计算模型的边界条件来重现流动。此外，根据数值计算结果评估了流动阻力，并与实验结果相比，表明构建的数值计算模型是有效的。（2）在这个财政年度，在微柱和壁剪应力分布周围的流量测量，我们使用了迄今为止一直在开发开发的APTV，以测量微流体通道内发生的3D复合流，并量化了当时发生的壁剪应力分布。有一些方法将微观结构安装在微流体通道中并被动控制流以促进材料的混合和运输等，但是关于结构和流体的干扰产生的三维复杂流场有许多未知数。在这项研究中，在流道中安装了一个圆形支柱阵列作为微观结构，并且在支柱周围发生的三维流程被成功可视化。此外，当根据获得的流速分布计算壁剪应力分布时，可以证实，通过在流动路径的一侧安装支柱，在壁的另一侧也诱导了剪切应力分布，并且在这项研究的实验系统中，壁剪切应力的值最多增加了24％。