振動流中におけるブラフな断面物体の流力特性に関する実験及び数値シミュレーション

• 資料種別: 規格・テクニカルリポート類
• タイトル: 振動流中におけるブラフな断面物体の流力特性に関する実験及び数値シミュレーション
• 著者・編者: 岡島, 厚; Okajima, Atsushi
• 著者標目: 岡島, 厚; Okajima, Atsushi
• 出版事項: 金沢大学工学部
• 出版年月日等: 1999-03
• 出版年（W3CDTF）: 1999
• 並列タイトル等: Experiments and Numerical Simulations of Flow Around a Bluff Body in Oscillatory Flow
• タイトル（掲載誌）: 平成10(1998)年度 科学研究費補助金 基盤研究(B) 研究成果報告書 = 1998 Fiscal Year Final Research Report
• 巻号年月日等（掲載誌）: 1996-1998
• 掲載巻: 1996-1998
• 掲載ページ: 9p.-
• 件名標目: 振動流; ブラフボディー; 流体力計測; 縦渦; 円柱; 矩形柱; 数値シミュレーション; 流れの可視化; Oscillatory flow; U-tube water tank; Numerical Simulation; Fluid dynamic force coefficients; Circular cylinder; Rectangular cylinder; Flat plate; Longitudinal vortices
• 対象利用者: 一般
• 一般注記: 出版タイプ： AM; 本研究では、U字管形振動流発生装置による振動流中に平板、円柱、正方形そして矩形断面形状及び平板等のブラフな2次元物体を設置してカーペンター数を0〜80(160)の範囲で変え、ストークス数を95として振動方向及び直角方向流体力の同時測定と流れの可視化観察を行い、断面形状、迎え角、カーペンター数などの影響について詳細に調べた。次に、カーペンター数を0〜30の範囲で変え、ストークス数を95とし、主として円柱及び矩形柱断面まわりの流れを直接法による3次元計算領域における差分法による数値シミュレーションを行い、実験結果と計算結果に対して総括を行った。一連のU字管形振動流発生装置を用いた実験による主な研究成果は、(1)振動流による非定常な流れの剥離、渦形成、渦放出に注目して、種々な物体断面の振動流中の流体力と一様流中の流体力を詳細に比較することによって、振動流固有の流力的特性を明確にするとともに、矩形柱特有の「中口ピーク」の発生メカニズムにおける流れの非定常性の視点から新たな考察を行った。(2)種々な迎え角を付けた平板まわりの流れについて、振動流中における迎え角の影響を明らかにした。振動流特有の経時的に変化する剥離流れと流体力の両者の対応、特に、失速角付近の流力特性を流れの剥離の非定常性の視点から考察した。次に、数値シミュレーションによる主な研究成果は、(3)円柱及び角柱周りの3次元数値シミュレーションを行い、低いカーペンター数で生ずる振動流方向に軸を持ち、スパン(軸)方向に一定のピッチで形成される渦(Longitudinal Vortex)を数値シミュレーションで始めて再現した。さらにスパン方向の境界条件の結果に与える影響を明らかにした。(4)角柱周りにも「LongitudinaI Vortex」が生じることを数値シミュレーションで始めて再現した。さらに、シミュレーション結果を実験結果と比較し、特に3次元数値シミュレーション結果が実験によく一致することを示した。研究成果は国内外で10回の口頭発表を行い、4編の論文として公表した。; The flow around a bluff body submerged in oscillatory flow consists of the envelopment of separating flow, which has flow-characteristics of a starting flow and an unsteady wake with a limited length because of flow of the oscillation in the alternate directions. The studies of forces acting upon and flow patterns around the bluff body are fundamental to such fluid engineering constructions as piers, submarine pipelines and other ocean structures. There are many aspects that remain indistinct yet about fluid forces induced by oscillating flow such as waves. Some experimental studies on fluid forces acting on a circular cylinder under oscillating flow were already reported. In this field of fluid dynamics, a Keulegan-Carpenter number and a viscous parameter beta, where KC=UmT/D (Um : a maximum fluid velocity, T : a period, D : a body diameter), beta=Re/KC-D^2IvT (v= kinematic viscosity) are the most important parameters.Experiments by using a U-tube water tank :(1) The fluid dynamic for ce coefficients of a circular cylinder were measured and compared with those of other studies in a U-tube water tank to verify the experimental set-up. Then, measurements of both in-line and transverse forces of a square cylinder and flat plates with various angles of attack were made in a wide range of KC numbers from 1 to 90. Flow visualization was also employed to confirm the correspondence between flow patterns and force coefficients. It is found that several classes of flow patterns appear within the measured KC number range and the vortex motions closely corresponds to variations of the in-line and transverse forces.(2) The forces acting upon and the flow patterns around a rectangular cylinder with a cross-section of width/height ratio of 0.2-3.0 submerged in oscillatory flow were studied by using a U-tube water tank. In particular, we found that a drag coefficient CD of the d/h=0.6 cylinder becomes the biggest only beyond KC=120, compared with other case of the d/h cylinder in oscillatory flow. The good relationships between KC number and the flow patterns, and CD and wake width were shown.Numerical Simulations by a finite difference methodAn ALE (Arbitrary Lagrangian-Eulerian) finite difference method has been employed to simulate the flow around an oscillating bluff body, e.g., a circular cylinder and a square one, submerged in a still water. Simulations have been carried out under the assumption of 3-dimensional, unsteady, incompressible and viscous flow. Predictions are compared with the results of measurements of fluid-dynamic forces and flow-visualization. There is found to be good agreement between the computed and measured in-line forces, i.e., the values of inertia and drag coefficients, CM, CD represented by the well-known Morison equation, across a range of KC values. Several types of flow patterns are successfully reproduced and identified by the numerical simulations also, such as 3-D flow-structure of "longitudinal vortices or Honji's Vortex", "asymmetric pattern", "transverse street" and "double pair" for a circular cylinder. It is confirmed that the computed flow patterns agree well with the flow-visualized ones for both the circular cylinder and the square cylinder.; 研究課題/領域番号:08455089, 研究期間(年度):1996-1998; 出典：「振動流中におけるブラフな断面物体の流力特性に関する実験及び数値シミュレーション」研究成果報告書 課題番号08455089 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
• DOI: 10.24517/00049366; https://doi.org/10.24517/00049366
• 関連情報: https://kaken.nii.ac.jp/search/?qm=80013689; https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08455089/; https://kaken.nii.ac.jp/report/KAKENHI-PROJECT-08455089/084550891998kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/
• 連携機関・データベース: 国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）; https://irdb.nii.ac.jp
• 提供元機関・データベース: 金沢大学 : 金沢大学学術情報リポジトリKURA