平成30（2018）年度　一般研究２実施報告書

課題番号	30−共研−2023		分野分類			統計数理研究所内分野分類			b
						主要研究分野分類			5
研究課題名	複雑構造モデリングによる層流―乱流遷移後期過程における渦動力学の解明
フリガナ 代表者氏名	マツウラ カズオ 松浦 一雄				ローマ字		Matsuura Kazuo
所属機関	愛媛大学大学院
所属部局	理工学研究科生産環境工学専攻
職　　名	准教授
配分経費	研究費	40千円		旅　費		0千円		研究参加者数		2　人

研究目的と成果（経過）の概要

・研究目的
　平板境界層流れの直接シミュレーションにより得られる大規模非定常データを統計解析し，層流?乱流遷移後期過程における渦動力学を解明することを目的とする。

・研究概要
　流れが層流から乱流に遷移する過程の確かな予測と制御は流体力学における基礎的重要課題の一つである。工学的な観点からも航空機の主翼周り流れ，ガスタービン翼列流れ，配管内部流れなど様々な場面で機体安定性，効率，騒音・振動に関連し問題となる。
これまで線形安定性理論，弱非線形安定性理論，過渡増幅理論やエネルギー法といった様々な安定性解析や直接シミュレーション(DNS)により遷移過程が調べられてきたが，今尚層流の終焉と乱流の発生には未解決問題が残る。特に，遷移の後期過程においてどのような渦構造が現れ，相互し干渉，乱流化してゆくのかは曖昧模糊としている。初期条件や境界条件が与えられた状況でDNSを実施すれば一応の遷移過程を再現することができるが，得られた大規模計算データの中でどのような渦挙動が生じているかは明確でない。遷移シミュレーションと統計数理モデリングの一層の融合が解決の糸口になると期待される。
そこで本研究は，特に平板境界層を対象としてDNSを実施し，得られる大規模非定常データを統計解析し，層流?乱流遷移後期過程における渦動力学を解明する研究を行う。

・研究成果
主流乱れの影響を受けるヘアピン渦の発達を調べ，ヘアピン渦を抽出できる新たなスケルトン化アルゴリズムの提案およびヘアピン渦の発達に関与する主要数式項をアルゴリズム的に探索できる新手法の提案などを行うことができた。
　

当該研究に関する情報源（論文発表、学会発表、プレプリント、ホームページ等）

1. K. Matsuura, K. Matsui, N. Tani, T. Goto, "Interaction of wake disturbance with compressible transitional boundary layers in a low-pressure turbine cascade under rotor-stator interaction," Energy Procedia, Vol. 160, pp. 68-75 (2019).
2. K. Matsuura, "DNS investigation into the effect of free-stream turbulence on hairpin-vortex evolution," WIT Transaction on Engineering Science, Vol. 120, pp. 149-159 (2018).
3. K. Matsuura, "Algorithmic exploration of dominant terms around hairpin vortices generated during boundary-layer transition under free-stream turbulence," WIT Press, pp. 1-14 (submitted).

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研究参加者一覧
氏名	所属機関