生産研究

特集　乱流シミュレーションと流れの設計（TSFD）

巻頭言

新年明けましておめでとうございます

野城智也

2010 年62 巻1 号 p. 1-2
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.1

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特集に際して

乱流シミュレーションと流れの設計(TSFD)特集に際して

大岡龍三

2010 年62 巻1 号 p. 3
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.3

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研究解説

マグナス風車用スパイラルフィン付き円柱の研究

今井洋輔, 加藤千幸

2010 年62 巻1 号 p. 5-9
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.5

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　マグナス風車用スパイラルフィン付き円柱の空力性能やその流れ場を把握するために, 小型風洞を用いた実験と数値解析を行った．円柱直径と一様流速に基づくレイノルズ数は1.1×10⁴で, 計算規模は約600万点である．実験によりフィン付き円柱のフィン取り付け角度や周速比に関する系統的なデータが取得でき, また数値計算によりその二次元的な流れ場を把握することができた．フィンによって乱流への遷移とはく離点の位置が変化することが, マグナス風車の性能に大きな影響を与えていることがわかった．

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翼端渦の挙動と発生する空力音の数値解析

大西正朗, 加藤千幸, 八塚健太郎, 平胤之

2010 年62 巻1 号 p. 10-14
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.10

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　本研究では翼端を含む三次元翼を対象とし, 約1000万要素の非圧縮LES解析を実施した．この流体解析結果から翼端渦は2つの大きな構造をもち, 圧力面から負圧面に巻き込む現象を確認した．また, 実験値と比較することで翼端周りの圧力場に関して数値計算の妥当性を得た．流れ場に関しては解析と実験とで迎角に違いはあるものの, 定性的には類似の傾向をえた．次に, LES解析から得られたLighthillテンソルを用いた音響解析とCurleの式を用いた音響解析を行った．この音響解析結果は両者共に実験結果と類似の傾向を示したが, 実験結果よりも大きい値を示した．

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乱流境界層内のキャビティから発生する音の直接数値計算

横山博史, 加藤千幸

2010 年62 巻1 号 p. 15-22
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.15

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　乱流境界層内のキャビティにおけるピーク音を伴った流体共鳴振動を対象として, 三次元圧縮性Navier-Stokes方程式を支配方程式とした流れと音の直接数値計算をおこなった．主流マッハ数は0.15および0.3とした．計算の結果, 大規模渦構造の形成機構や音波の発生機構は本質的には共鳴を伴わない流体力学的振動と同様であることがわかった．しかし, 音響共鳴により, 発生音は増大し音波によるせん断層の加振(Acoustic feedback)も強化されることで, 流体力学的振動が発生しない低い主流Mach数(本研究では0.15)でも発振することがわかった．

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研究速報

LESによる電磁流体チャネル乱流のエネルギー輸送の解析

半場藤弘

2010 年62 巻1 号 p. 23-27
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.23

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　電磁流体チャネル乱流のラージエディーシミュレーション(LES)を行い乱流統計量を求め、ダイナモ効果について考察した．特に乱流エネルギーと乱流起電力の輸送方程式を解析した．乱流運動エネルギーから平均磁場へとエネルギーが流れていることが示され、また乱流磁気エネルギーの壁垂直方向成分とスパン方向成分はローレンツ力によって生成される、すなわち運動エネルギーからエネルギーが供給されていることがわかった．さらに平均磁場を維持する乱流起電力は実際にクロスヘリシティーダイナモ効果によって生成されることが示された．［本要旨はPDFには含まれない］

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クロス・ヘリシティ効果に関するいくつかの考察

横井喜充

2010 年62 巻1 号 p. 28-35
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.28

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　速度ゆらぎと磁場ゆらぎの相関である乱流クロス・ヘリシティは, 磁場生成機構である乱流ダイナモや, 乱流輸送の抑制において重要な役割を果たすと期待される．クロス・ヘリシティ効果の物理的起源について考察し, 平均渦度場中での局所的な角運動量保存と乱れ場の速度＝磁場相関が組み合わさることで, 平均渦度に平行または反平行な乱流起電力が生じることが示される．クロス・ヘリシティ効果と電磁場中の荷電粒子の分極ドリフトの関係も示される．クロス・ヘリシティの保存性を考察し, クロス・ヘリシティ効果がはたらく要件である, クロス・ヘリシティが乱流場に注入されるいくつかの機構が示唆される．［本要旨はPDFには含まれない］

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新しい1方程式型SGSモデルによるRayleigh-Bénard対流のLES

小山省司

2010 年62 巻1 号 p. 36-39
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.36

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　本研究では、筆者が提案しているSGSモデルを適用したRayleigh-Bénard対流のLESを実行した．そのモデルはSGS運動エネルギーを代表変数とする1方程式型SGSモデルで、陽に長さスケールを含まないという特徴を持っている．Smagorinskyモデルのような従来のモデルと比較した結果、本モデルはDNSのデータと良い一致を示し、熱対流乱流にも適用できることがわかった．［本要旨はPDFには含まれない］

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枯渇EHLとマクロ流れの連成解析手法の開発

柴崎健一, 谷口雅人, 大島まり

2010 年62 巻1 号 p. 40-44
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.40

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　転がり軸受を設計する上で，EHL油膜圧厚さの予測は重要である．枯渇潤滑における油膜解析には2つの技術が必要である．（a）EHL入口油量が既知の場合のEHL解析技術．（b）軸受供給油量からEHL入口油量を予測する技術．（a）の研究はあるが（b）の研究はない．本研究では，マクロ流れを考慮した新しい計算手法の開発を目指す．マクロ流れを考慮することでEHL入口油量は自動的に決定される．マクロ流れは液膜（LF）とした．本手法を玉軸受に適用し，従来手法では得られない，軸受供給油量とEHL油膜厚さの関係を求めた．［本要旨はPDFには含まれない］

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過去50年間の気候変動の琵琶湖生態系への影響に関する数値解析

北澤大輔, 石川俊之, 熊谷道夫

2010 年62 巻1 号 p. 45-49
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.45

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　本研究では, 1950年代以降の富栄養化と気候変動を考慮した長期の数値シミュレーションを実施した．その結果, 全循環の時期は年によって約1ヶ月程度の差があり, 全循環が1ヶ月遅れると年最低溶存酸素濃度が0.5-1mg L^-1程度低下することが確認された．また, 気候変動の影響を緩和する場合, 植物プランクトンの増殖を規定するリンの負荷量を, 現状から10％程度削減する必要があることが示された．［本要旨はPDFには含まれない］

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結氷の影響を考慮に入れたカスピ海の流動場シミュレーション

北澤大輔, 楊菁

2010 年62 巻1 号 p. 50-53
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.50

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　3次元静水圧流動場モデルを用いて, 結氷の影響を考慮に入れたカスピ海の流動場シミュレーションを行った．その結果, 結氷の影響を考慮しない場合に比べ, 冬季の水温の予測精度が向上した．また, 塩分の再現性は十分でないものの, 塩分分布が表層の環流の形成に寄与していることが分かった．カスピ海の流動場は, 水温, 塩分分布とコリオリ力により形成される密度流をベースとして, 風成循環が加わることにより形成されている．［本要旨はPDFには含まれない］

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研究解説

数値解析による大規模緑地のヒートアイランド緩和効果の検討

リジャル H.B., 大岡龍三, 黄弘, 香月壮亮, 呉秉哲

2010 年62 巻1 号 p. 54-61
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.54

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　都市のヒートアイランド緩和策に大規模緑地の効果が期待されている．しかしながら, その殆どの研究が実測に基づいており, 数値解析を用いた研究が少ない．そこで, 汎用CFD(Computational Fluid Dynamics)コードに検討モデルを組み込み大規模緑地の温熱環境緩和効果の検討を行った．大規模緑地の風下側の街区の気温は緑地がない街区より約1.5°C低く, 大規模緑地がヒートアイランド緩和効果に有効であることが確認された．

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CFDによるキャニオン空間の形態が街区の換気効率に与える影響に関する研究

呉秉哲, 大岡龍三, 香月壮亮

2010 年62 巻1 号 p. 62-68
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.62

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　本研究では, 市街地の形態が街区の換気効率に与える影響についてCFD解析により検討を行った．キャニオン内の建物配置については均一建物による格子配置と千鳥格子, また建物高さを変えた不均一街区によるキャニオンストリートモデルを用い, キャニオン内の建物配置や高さ変化による流れ場, 濃度場などを解析を行った．更にキャニオン内のSVE3（流入空気の空気齢）と交換速度を求め，各ケースにおいての換気効率の評価と分析行う．この結果市街地計画をする際，道路の確保のため，規則的な配置計画と共に建物高さを一様にするのではなく，建物の高さや建物の配置に変化を与えた計画とするとキャニオン空間内の換気効率を向上することが分かるようになった．

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LESを用いたマイクロスケール大気汚染予測システムの開発

LESを用いた乱流場における二分子化学反応モデルの検討

菊本英紀, 大岡龍三, 黄弘, 香月壮亮

2010 年62 巻1 号 p. 69-76
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.69

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　大気汚染物質は化学反応性を有し, 光化学オキシダントの主要物質であるOzoneの生成過程にも, 窒素酸化物を始め炭化水素など複数種の物質が関与している．しかし, 街区規模の大気汚染解析においてこれらの反応を考慮した研究事例は少なく, 大気汚染物質は専ら非反応性物質として, その移流・拡散性状のみが検討対象となってきた．そこで, 本研究では伊藤による実験を参照し, LESに二分子化学反応と壁面沈着現象のモデルを組み込み, 建物スケールにおける汚染物質の濃度分布に対して, 乱流中の化学反応が与える影響を検討した結果を報告する．

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自然対流が支配するアトリウムにおける室内温熱環境寄与率CRIに関する研究

張偉栄, 加藤信介, 石田義洋, 樋山恭助

2010 年62 巻1 号 p. 77-82
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.77

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　熱源が室内任意の点の温度形成にどのように影響を与えるかを分析する手法を開発することを目的として提案された室内温熱環境形成寄与率CRIに関する研究は, これまで殆ど換気・空調がある場合で行われた．自然対流が支配する室内の熱伝達性状を把握することを目的として, 本報では自然対流や放射が卓越するアトリウムを対象としてCFD解析を行い, 室内温熱環境寄与率CRIの概念を用いて, 熱的要因の対流成分はCRI_(C)で, 熱的要因の放射成分はCRI_(R)で評価する．

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リバースシミュレーションにおける数値安定性確保についての研究

安部諭, 加藤信介

2010 年62 巻1 号 p. 83-89
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.83

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　時間逆方向にCFD解析を行うこと(リバースシミュレーション)は汚染源の特定などの環境分野において大きな注目を集めている．しかし, それには負の拡散が生じるために数値不安定が生じることが大きな問題として挙げられる．本研究では, リバースシミュレーションによる拡散源特定を目指し, 適切なフィルター幅のローパスフィルターを施すことにより安定して解析できる手法を開発することを目的とする．まずは, シンプルな平面上及び単体建物周りの流れ場・拡散場を解析対象とする．

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一般

研究速報

Effect of Reduced Cement Content and Aggregate Type on Green Concrete Performance Part 1: Mechanical Performance

Michael HENRY, German PARDO, Tsugio NISHIMURA, Yoshitaka KATO

2010 年62 巻1 号 p. 91-94
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.91

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Effect of Reduced Cement Content and Aggregate Type on Green Concrete Performance Part 2: Environmental Performance and Performance Comparison

Michael HENRY, German PARDO, Tsugio NISHIMURA, Yoshitaka KATO

2010 年62 巻1 号 p. 95-98
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.95

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高クロム鋼溶接継手のタイプIVクリープ損傷挙動の解析

都井裕, 高垣昌和, 広瀬智史, 高橋由紀夫

2010 年62 巻1 号 p. 99-102
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.99

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高クロム鋼溶接継手のクリープ疲労挙動の解析

都井裕, 高垣昌和, 広瀬智史, 高橋由紀夫

2010 年62 巻1 号 p. 103-106
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.103

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形状記憶合金素子の動的繰返し応答シミュレーション

都井裕, 何劼

2010 年62 巻1 号 p. 107-110
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.107

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　本研究では, Brinsonによる形状記憶合金の構成式を引張・圧縮非対称, 多軸の場合に拡張した構成方程式を若干簡略化した上で, 形状記憶合金素子の1次元および3次元の動的シミュレーションに適用した．さらに, 繰返し効果を考慮したシミュレーションに拡張した．［本要旨はPDFには含まれない］

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鋳鉄部品の損傷力学モデリング

都井裕, 線延飛, 岡正徳, 上之薗欣弥, 黒田良一

2010 年62 巻1 号 p. 111-114
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.111

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　ねずみ鋳鉄FC250を対象とし, 連続体損傷力学に基づく計算モデリングについて検討した．引張・圧縮の非対称性を考慮した損傷力学モデルを提示し, 単軸引張・圧縮および疲労試験結果に基づいて, 多数の材料パラメータを同定した．さらに, 部分連成解析法および完全連成解析法に基づく有限要素解析を行い, 損傷力学モデルの有用性を示した．［本要旨はPDFには含まれない］

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ＸＹステージ機構とターンテーブル機構の組み合わせによるドライビングシミュレータの臨場感向上

須田義大, 山口大助, 安藝雅彦, 大貫正明

2010 年62 巻1 号 p. 115-118
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.115

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　東京大学生産技術研究所先進モビリティ研究センターではこれまでに, 人間・自動車・交通に関する研究を目的とした研究用ユニバーサルドライビングシミュレータ(DS)の開発に取り組んできた．
　DSを活用した実験の臨場感向上を図るため, これまでにターンテーブルの付加などに取り組んできた．今回, 更なる臨場感向上を図るとともに, 自動車に関する実験へのDSの適用を考慮して, このたびXYステージ機構とターンテーブルを組み合わせたものを新たに開発した．これを6軸動揺装置上に搭載して新たなDSを構成する．本稿ではこの新しい機構について概説する．［本要旨はPDFには含まれない］

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ペダル式平行二輪型パーソナルモビリティ・ビークルの操縦実験

中川智皓, 須田義大, 中野公彦, 平山遊喜

2010 年62 巻1 号 p. 119-122
発行日: 2010年
公開日: 2010/04/09

DOIhttps://doi.org/10.11188/seisankenkyu.62.119

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　著者らは, 人にも環境にもやさしい新しい交通モードを実現するパーソナルモビリティ・ビークル(PMV)の提案をしている．自転車モードと平行二輪車モードという2態を持ち合わせるコンセプトであり, 平行二輪車モードでは人力のペダル駆動を利用した構造も検討している．本論文では, ペダル式平行二輪車の操縦方法とその実験について述べている．操舵反力モータを付加したペダル式平行二輪車を試作し, 人力によるペダルの回転とハンドルの回転によって, 目標コースに沿って操縦することが可能であることを実験によって示した．［本要旨はPDFには含まれない］

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