リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

大学・研究所にある論文を検索できる 「多孔体界面乱流の統計的性質に関する実験的研究」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

コピーが完了しました

URLをコピーしました

論文の公開元へ論文の公開元へ
書き出し

多孔体界面乱流の統計的性質に関する実験的研究

岡﨑 友紀 大阪府立大学 DOI:info:doi/10.24729/00017755

2022.07.21

概要

多孔体は内部に多くの空孔を持ち,比表面積が大きいことから熱物質輸送や化学反応促進という点で優れた効果を発揮する.そのため固体高分子型燃料電池(PEFC) のガス拡散層や自動車排ガス処理のための触媒反応体など,多孔体は様々な工業製品に利用されている.このような工業製品内部の多孔体界面の流動現象は複雑な乱流場になっていることがほとんどであり,多孔体界面の乱流現象を解明することが工業製品の効率向上には不可欠であり,これまでに数多くの研究が行われてきた.

多孔体界面では微視的に見ると,多孔体の固相部分では流体の粘性により速度はゼロになるが,空孔部分では滑り速度を持つ.結果として多孔体界面で流動は滑っているように見える.Beavers & Joseph(1) は層流領域で多孔体上の流量を計測することにより,多孔体表面の流動抵抗を計測した.その結果,非透過性壁面の場合と比べて多孔壁の場合,流量が増加することを報告しており,これは層流領域において多孔体は滑面境界層よりも流動抵抗が小さいことを意味している.しかし乱流領域では,Lovera & Kennedy(2) が沖積層の砂を用いた多孔質近傍において摩擦係数がレイノルズ数とともに増加することを報告している.Ruff & Gelhar(3) は高空隙率多孔体を並べた管内乱流を熱線流速計で測定し,Ho & Gelhar(4) は多孔質の波状表面を持つ管内乱流について調査した.これらの管内乱流の実験においても,多孔体表面の摩擦係数が非透過性粗面の摩擦係数より大きくなることが示されている.Zagni & Smith ら(5) は球からなる 20 種類以上の多孔体を敷き詰めたオープンチャネルで流量と流速の計測を行い,多孔体界面での運動量の交換によって摩擦係数が増加すると考察している.Pokrajac & Manes(6) はPIV(particle image velocimetry)法を用いて,立方配置したガラス珠からなる多孔体上の速度計測を行い,壁面垂直方向の乱流変動が透過性の影響を受けると結論づけた.Kong & Shetz(7) もピトー管を用いて異なる多孔質壁上の速度分布を計測し,表面摩擦の増大が粗さと多孔性の複合影響によるものだとしてしてる.Zippe & Graph(8) は風洞において熱線流速計を用いて多孔体上の速度分布を計測し,非透過性粗面近傍より乱れが強くなることを報告している.Suga ら(9)は発泡多孔体界面の層流から乱流領域のPIV 計測を行い,滑面境界層より低いレイノルズ数で乱流に遷移し,摩擦抵抗が増大することを報告している.Shimizu ら(10) はガラス球からなる多孔体表層の滑り速度と速度分布をピトー管とトレーサー法により計測し,多孔体界面下に大きな速度勾配が存在することを報告しており,壁面の透過率によりレイノルズ応力のような運動量流束が界面近傍で増加することが示唆された.Vollmer ら(11) も細かい砂からなる多孔体界面下の圧力変動を測定することで,多孔体界面における運動量交換過程を考察している.以上の研究から結論付けられるのは,壁面の透過性が壁近傍の乱流構造に影響を及ぼし,運動量の交換を促進するということである.壁面の透過性により乱流渦は壁内部に侵入することができるので,非透過性壁面近傍の乱れに比べると,乱れは完全には弱体化せず,結果として大きなせん断応力を生成する.これは多孔体チャネル乱流に関する多くの数値計算(12, 13, 14, 15) によって報告されている.Breugem ら(12) は多孔体部分に体積平均モデルを用いた直接数値解析を行い,高空隙率の多孔体では壁面近傍でKelvin-Helmholtz(KH) 不安定性に起因する比較的大きいスケールの渦が存在し,界面の運動量輸送を促進するため,壁面近傍のストリーク構造が崩壊すると結論づけた.このKH 不安定性は多孔体界面下の平均速度分布の変曲点により発生する(16).Kuwata & Suga(15) は非透過性粗面ケースと透過性壁面のケースの結果を比較し,透過性壁面上では壁面粗さの影響で渦構造が細かくなり,ストリーク構造が短くなるのに対し,透過性によりスパン方向のピッチが非透過性壁面上の約2 倍になったと報告している.また,Suga ら(17) は等方性多孔体界面乱流のPIV 計測を行い,壁面透過率の増加により渦構造の組織化が妨げられるが,透過率の低いケースでは非透過性滑面乱流境界層に似た渦構造を示すことを報告している.さらに,四象限解析によって,高速流体が壁に接近するスイープが壁近傍で最も支配的になり,バッファ領域においては低速流体が壁から離れるイジェクション運動がスイープの寄与度より大きくなることを報告している.なお,透過性が高くなるにつれて,より強いスイープが壁面近傍に接近する傾向にあるが,その運動により壁から押し出された流体は多孔体内部でその運動エネルギーを失っているため,イジェクションはその強度を失う傾向にある.そのため,透過性の高い壁面では,弱いイジェクションのために渦運動を維持できず縦渦が短くなる傾向にあると結論づけている.Suga ら(18) は主流方向とスパン方向を含む面内のPIV 計測のデータから,ストリーク構造のスパン方向の間隔とスパン方向の積分スケールが,主流方向平均速度の対数則に含まれるゼロ面変位を考慮した壁面垂直方向距離と相関を持つこと見出した.ゼロ面変位はペネトレーションに伴う長さスケールと考えられ,それらの分布から渦構造が KH 波の下降運動によって多孔体内部に侵入してもストリークの特性を維持することが示された.しかし,壁面垂直方向距離が長くなるとストリークはKH 不安定波に撹乱され,スパン方向に大きなスケールを持つ流れが支配的になる.このような流れはKH 不安定波によって発生し,縦渦を破壊するスパン方向に軸を持つロール渦だと考えられが,このロール渦の特性は未だ実験では詳細に議論されていない.

前述のように多孔体の透過性は界面の乱れや組織構造に大きく影響を与える.このような多孔体界面乱流のスケーリング則を見出すために,系統的な研究(9, 12, 17, 18, 19, 20) が行われてきた.数値計算(12) やPIV 計測(9, 17, 18) により透過率 K,摩擦速度 uτ ,動粘性係数 ν からなる透過率レイノルズ数Re = u √K/ν が対数則に含まれるカルマン定数,ゼロ面変位,粗さスケールと相関を持つことが示された.Manes ら(19) は発泡ポリウレタンを敷き詰めた流路においてLDA(Laser Doppler Anemometer) 計測を行った.乱れのペネトレーション長さと境界層厚さについて議論した後,それらが多孔体界面乱流の内層および外層の特性スケールに相当することを報告している.しかし,これらの研究で用いられた多孔体は,透過率が方向に依存しない等方性多孔体であった.そこで以上で得られた相関式を非等方性多孔体にも適用できるように拡張するため,Suga ら(20) は方向によって透過率が異なる 3 種類の非等方性多孔体を作成し,界面乱流のPIV 計測を行った.その結果,流れ場に主に影響を与える主流方向の透過率 Kxx とMacdonald ら(21) が修正したKozeny-Carman 方程式(22, 23, 24) を用いて空隙率を考慮した固相の長さスケールを代表長さとする一般化透過率レイノルズ数Re∗K = uτ √Kxx/ν (1 − φ)2/φ3 を導入した.

これが多孔体表層における空孔の主流方向の長さ Dp を代表長さとするポアレイノルズ数Re∗∗ = cuτ √Dp/ν, c = 1/3.8 と同程度になることを示し,ポアレイノルズ数によって対数則のパラメータが整理できることを示した.

上述した研究は主に表面がフラットな多孔体であったが,多孔体の表面は一般的にフラットではなく,近年では熱伝達向上のためにヒートシンクの表面に凹凸構造を設けることも多い.また,タービンブレードの冷却通路内のリブ粗さに多孔体を適用することで,リブ後方のホットスポットや圧力損失の緩和も試みられている(25, 26, 27),さらに河川敷などに用いられる高い保水性能を持ち土砂流出を防ぐポーラスコンクリートにも凹凸構造を設けることも行われる.なお,粗度が非常に大きい植生や都市キャノピーなどの粗さは多孔体として扱われることもある(28, 29, 30, 31).実際,植生表面への微粒子の堆積を特徴づけるためにLin ら(28) やHuang ら(29) はキャノピーに多孔体モデルを適用している.また,Rubol ら(30) はキャノピーの形状の影響を調査するためにキャノピーを有効透過率で特徴づけられる多孔体として扱っている.さらにMing ら(31) はヒートアイランド現象のシミュレーションに対する都市キャノピーの多孔体モデル化の有用性を検証している.このように表面に凹凸形状を持つ多孔体,いわゆる透過性粗面上の流れについてより深く理解することはを工学および環境工学上に非常に重要である.

粗面乱流に関する研究で得られた知見はレビュー論文(32, 33, 34, 35, 36) にまとめられており,粗面乱流を特徴付ける多くのパラメータがある.例えば,表面形状に関するパラメータだけでも,粗さ高さ,粗さの主流方向投影面積率および垂直方向投影面積率,有効勾配,粗さ密度,粗さ分布のスキューネス,固相体積分率などである.一方,多孔体の重要なパラメータは,空隙率と透過率であり(37, 38),透過率は多孔体を通過する流体抗力に及ぼす前述の粗さパラメータの影響を総合して含んでいるマクロなパラメータと考えられる.

非透過性粗面の初期の実験研究(39, 40, 41, 42) では,壁面摩擦や平均速度分布が粗さ高さと相関をもつことを発見しており,粗面乱流境界層では,圧力損失に対応する平均速度分布の対数速度分布の下方シフト量が等価砂粒粗さ ks と相関を持つことが知られている. Perry ら(43) は,リブ粗さを持つ粗面乱流境界層を計測し,リブ高さとリブ間隔の比によって粗面乱流をk 型とd 型の 2 種類に分類した.‘k’ および‘d’ はそれぞれ粗さスケールと境界層厚さに対応し,粗さ関数と摩擦係数を決定する特徴的な長さスケールを意味する.等間隔のリブ粗面では,k 型と d 型を区別する境界がリブの設置周期とリブ高さの比で λ/k = 4 と報告されている(44).λ/k > 4 となるk 型粗面乱流では,リブから剥離した流れが下流側のリブ前方で再付着する循環流が存在し,その剥離渦が流れのコア領域に流出する(45, 46, 47).一方,λ/k < 4 となるd 型粗面の場合,粗さ関数は粗さ高さ (リブ高さ) kに依存しなくなる.d 型粗面乱流の場合,粗さ要素間にコア領域から完全に隔離された安定した循環流が形成される(45, 46, 48).これらの異なった流動現象により,粗さ高さ以上の領域の乱流特性は大きく変化する.

粗面が透過性をもつ場合,Padhi ら(49) は,配列が異なる 2 種類の砂利層からなる多孔体界面乱流のPIV 計測を実施し,砂利の最長軸が流れ方向にそろっている多孔体近傍では,ランダムに並んだ多孔体表面よりも高い乱流強度および分散応力を生成することを報告している.Kim ら(50) は,球を立方配置した表面がフラットな多孔体と半球粗さを持つ多孔体の界面上および内部乱流のPIV 計測を行い,表面粗さを有する多孔体では,表面近傍の大規模な乱流構造によって,多孔体内部の乱流強度と多孔体界面を通過する流動特性が変化することを確認した.規則的またはランダムに球を配列した多孔体界面乱流の DNS(51) では,表面粗さがペネトレーション長さや見かけの透過率,垂直方向質量流束に大きく影響を与え,ランダムに球を配列した場合,壁面垂直方向分散速度の増大により分散速度の等方性が強まることを報告している.Stoyanova らのDNS(52) は,透過性を持つ等方および非等方な粗さによる乱流抗力を調査するためのものであったが,等方性透過性粗さによる抗力増加は,異方性透過性粗さの 4.5 倍であると結論付けている.これらの研究から,透過性粗面の場合では,規則的に並んだ粗面構造はランダム配列の構造粗さよりも分散応力を高める効果があると解釈できる.しかし,多孔体と粗面に関する多くの構造パラメータに対して系統的に議論した透過性粗面乱流の研究例は我々の知るところ,今までにない.

参考文献

[1] G. S. Beavers and D. D. Joseph, “Boundary conditions at a naturally permeable wall”, J. Fluid Mech., Vol. 30, pp. 197–207, (1967).

[2] F. Lovera and J. F. Kennedy, “Friction factors for flat bed flows in sand channels”, J. Hydr. Div., ASCE, Vol. 95, pp. 1227–1234, (1969).

[3] J. F. Ruff and L. W. Gelhar, “Turbulent shear flow in porous boundary”, J. Eng. Mech. Div., ASCE, Vol. 98, pp. 975–991, (1972).

[4] R. T. Ho and L. W. Gelhar, “Turbulent flow with wavy permeable boundaries”, J. Fluid Mech., Vol. 58, pp. 403–414, (1973).

[5] A. F. E. Zagni and K. V. H. Smith, “Channel flow over permeable beds of graded spheres”, J. Hydraul. Div., Vol. 102, pp. 207–222, (1976).

[6] C. Manes, D. Pokrajac, I. McEwan, and V. Nikora, “Turbulence structure of open channel flows over permeable and impermeable beds: A comparative study”, Phys. Fluids, Vol. 21, No. 12, p. 125109, (2009).

[7] F. Y. Kong and J. A. Schetz, “Turbulent boundary layer over porous surfaces with different surface geometries”, Tech. Rep. 82-0030, AIAA, (1982).

[8] H. J. Zippe and W. H. Graf, “Turbulent boundary-layer flow over permeable and non-permeable rough surfaces”, J. Hydraul. Res., Vol. 21, pp. 51–65, (1983).

[9] K. Suga, Y. Matsumura, Y. Ashitaka, S. Tominaga, and M. Kaneda, “Effects of wall permeability on turbulence”, Int. J. Heat Fluid Flow, Vol. 31, pp. 974–984, (2010).

[10] Y. Shimizu, T. Tsujimoto, and H. Nakagawa, “Experiment and macroscopic mod- elling of flow in highly permeable porous medium under free-surface flow”, J. Hy- drosci. Hydraul. Eng., Vol. 8, pp. 69–78, (1990).

[11] S. Vollmer, R. Francisco de los Santos, H. Daebel, and G. Kuhn, “Micro-scale exchange processes between surface and subsurface water”, J. Hydrol., Vol. 269, pp. 3–10, (2002).

[12] W. P. Breugem, B. J. Boersma, and R. E. Uittenbogaard, “The influence of wall permeability on turbulent channel flow”, J. Fluid Mech., Vol. 562, pp. 35–72, (2006).

[13] M. Chandesris, A. D’Hueppe, B. Mathieu, D. Jamet, and B. Goyeau, “Direct numer- ical simulation of turbulent heat transfer in a fluid-porous domain”, Phys. Fluids, Vol. 25, p. 125110, (2013).

[14] M. E. Rosti, L. Cortelezzi, and M. Quadrio, “Direct numerical simulation of tur- bulent channel flow over porous walls”, J. Fluid Mech., Vol. 784, pp. 396–44212 , (2015).

[15] Y. Kuwata and K. Suga, “Lattice Boltzmann direct numerical simulation of interface turbulence over porous and rough walls”, Int. J. Heat Fluid Flow, Vol. 61, pp. 145– 157, (2016).

[16] J. Jim´enez, M. Uhlmann, A. Pinelli, and G. Kawahara, “Turbulent shear flow over active and passive porous surfaces”, J. Fluid Mech., Vol. 442, pp. 89–117, (2001).

[17] K. Suga, M. Mori, and M. Kaneda, “Vortex structure of turbulence over permeable walls”, Int. J. Heat Fluid Flow, Vol. 32, pp. 586–595, (2011).

[18] K. Suga, Y. Nakagawa, and M. Kaneda, “Spanwise turbulence structure over per- meable walls”, J. Fluid Mech., Vol. 822, pp. 186–201, (2017).

[19] C. Manes, D. Poggi, and L. Ridol, “Turbulent boundary layers over permeable walls: scaling and near-wall structure”, J. Fluid Mech., Vol. 687, pp. 141–170, (2011).

[20] K. Suga, Y. Okazaki, U. Ho, and Y. Kuwata, “Anisotropic wall permeability effects on turbulent channel flows”, J. Fluid Mech., Vol. 855, (2018). 983–1016.

[21] I. F. Macdonald, M. S. El-Sayed, K. Mow, and F. A. L. Dullen, “Flow through porous media - the Ergun equation revisited”, Ind. Eng. Chem. Fundam., Vol. 3, pp. 199–208, (1979).

[22] J. Kozeny, “Ueber kapillare Leitung des Wassers im Boden”, Sitzungsber Akad. Wiss., Wien, Vol. 136, No. 2a, pp. 271–306, (1927).

[23] P. C. Carman, “Fluid flow through granular beds”, Trans. Inst. Chem. Engrs., London, Vol. 15, pp. 150–166, (1937).

[24] P. C. Carman, Flow of gases through porous media. London: Butterworths, (1956).

[25] P. K. Panigrahi, A. Schr¨oeder, and J. Kompenhans, “Turbulent structures and budgets behind permeable ribs”, Exp. Therm. Fluid Sci., Vol. 32, No. 4, pp. 1011 – 1033, (2008).

[26] L. Wang, M. Salewski, and B. Sund´en, “PIV measurements of turbulent flow in a channel with solid or perforated ribs”, in ASME 2010 3rd Joint US-European Fluids Engineering Summer Meeting: Volume 1, Symposia – Parts A, B, and C, Fluids Engineering Division Summer Meeting, pp. 1995–200308 , (2010).

[27] C. Nuntadusit, M. Wae-hayee, A. Bunyajitradulya, and S. Eiamsa-ard, “Thermal visualization on surface with transverse perforated ribs”, Int. Commun. Heat Mass Transfer, Vol. 39, No. 5, pp. 634 – 639, (2012).

[28] M. Lin, G. Katul, and A. Khlystov, “A branch scale analytical model for predicting the collection efficiency of ultrafine particles”, Atmos. Environ., Vol. 51, pp. 293– 302, (2012).

[29] C. W. Huang, M. Lin, A. Khlystov, and G. Katul, “The effects of leaf area density variation on the particle collection efficiency in the size range of ultrafine particles (UFP)”, Environ. Sci. Technol., Vol. 47, pp. 607–615, (2013).

[30] S. Rubol, B. Ling, and I. Battiato, “Universal scaling-law for flow resistance over canopies with complex morphology”, Sci. Rep., Vol. 8, p. 4430, (2018).

[31] T. Ming, S. Lian, Y. Wu, T. Shi, C. Peng, Y. Fang, R. de Richter, and N. H. Wong, “Numerical Investigation on the Urban Heat Island Effect by Using a Porous Media Model”, Energies, Vol. 14, p. 4681, (2021).

[32] M. R. Raupach, R. A. Antonia, and S. Rajagopalan, “Rough-wall turbulent bound- ary layers”, Appl. Mech. Rev., Vol. 44, pp. 1–25, (1991).

[33] J. Jim´enez, “TURBULENT FLOWS OVER ROUGH WALLS”, Annu. Rev. Fluid Mech., Vol. 36, No. 1, pp. 173–196, (2004).

[34] K. A. Flack and M. P. Schultz, “Review of hydraulic roughness scales in the fully rough regime”, J. Fluids Engng., Vol. 132, p. 041203, (2010).

[35] U. Piomelli, “Recent advances in the numerical simulation of rough-wall boundary layers”, Phys. Chem. Earth, p. in press, (2018).

[36] D. Chung, N. Hutchins, M. P. Schultz, and K. A. Flack, “Predicting the Drag of Rough Surfaces”, Ann. Re. Fluid Mech., Vol. 53, No. 1, pp. 439–471, (2021).

[37] S. Whitaker, “Flow in porous media I: A theoretical derivation of Darcy’s law”, Transp. Porous Med., Vol. 1, pp. 3–25, (1986).

[38] S. Whitaker, “The Forchheimer equation: A theoretical development”, Transp. Porous Med., Vol. 25, pp. 27–61, (1996).

[39] J. Nikuradse, “Str¨omungsgesetze in rauhen rohren”, VDI-Forsch., Vol. 361, (1933).

[40] C. F. Colebrook and C. M. White, “Experiments with Fluid Friction in Roughened Pipes”, Proc. Royal Soc. London A, Vol. 161, pp. 367–381, (1937).

[41] C. F. Colebrook, “Turbulent Flow in Pipes, With Particular Reference to the Tran- sition Region Between the Smooth and Rough Pipe Laws”, J. Inst. Civil Eng., London, Vol. 11, pp. 133–156, (1939).

[42] L. F. Moody, “Friction factors for pipe flow”, Trans. ASME, Vol. 66, pp. 671–678, (1944).

[43] A. E. Perry, W. H. Schofield, and P. N. Joubert, “Rough wall turbulent boundary layers”, J. Fluid Mech., Vol. 37, pp. 383–413, (1969).

[44] I. Tani, “Turbulent boundary layer development over rough surfaces”, in Perspec- tives in turbulence studies (H. U. Meier and P. Bradshaw, eds.), pp. 233–249, Springer, Berlin, (1987).

[45] J. Cui, V. C. Patel, and C.-L. Lin, “Large-eddy simulation of turbulent flow in a channel with rib roughness”, Int. J. Heat Fluid Flow, Vol. 24, pp. 372–388, (2003).

[46] S. Leonardi, P. Orlandi, R. J. Smalley, L. Djenidi, and R. A. Antonia, “Direct numerical simulations of turbulent channel flow with transverse square bars on one wall”, J. Fluid Mech., Vol. 491, pp. 229–238, (2003).

[47] A. Ashrafian, H. Andersson, and M. Manhart, “DNS of turbulent flow in a rod- roughened channel”, Int. J. Heat Fluid Flow, Vol. 25, pp. 373–383, (2004).

[48] S. Leonardi, P. Orlandi, L. Djenidi, and R. A. Antonia, “Structure of turbulent channel flow with square bars on one wall”, Int. J. Heat Fluid Flow, Vol. 25, No. 3, pp. 384–392, (2004).

[49] E. Padhi, N. Penna, S. Dey, and R. Gaudio, “Hydrodynamics of water-worked and screeded gravel beds: A comparative study”, Phys. Fluids, Vol. 30, p. 085105, (2018).

[50] T. Kim, G. Blois, and K. Christensen, “Experimental evidence of amplitude mod- ulation in permeable-wall turbulence”, J. Fluid Mech., Vol. 887, p. A3, (2020).

[51] G. Shen, J. Yuan, and M. S. Phanikumar, “Direct numerical simulations of tur- bulence and hyporheic mixing near sediment-water interfaces”, J. Fluid Mech., Vol. 892, p. A20, (2020).

[52] P. V. Stoyanova, L. Wang, A. Sekimoto, Y. Okano, and Y. Takagi, “Effect of Thin and Rough Layers of Porous Materials on Drag”, J. Chem. Engng. Japan, Vol. 52, No. 6, pp. 493–500, (2019).

[53] 中川侑香, 多孔体界面乱流境界層のストリーク構造に関する実験的研究. 大阪府立大学修士論文, (2014).

[54] 許雄大, 構造に異方性を持つ層状多孔体の界面乱流特性に関する PIV 計測. 大阪府立大学修士論文, (2016).

[55] 一般財団法人可視化情報学会, PIV ハンドブック(第 2 版). 東京, 日本: 森北出版株式会社, (2018).

[56] T. Ikeda and P. A. Durbin, “Direct simulations of a rough-wall channel flow”, J. Fluid Mech., Vol. 571, pp. 235–263, (2007).

[57] A. K. Prasad, R. J. Adrian, C. C. Landreth, and P. W. Offutt, “Effect of resolution on the speed and accuracy of particle image velocimetry interrogation”, Exp. Fluids, Vol. 13, pp. 105–116, (1992).

[58] S. Gupte and S. Advani, “Flow near the permeable boundary of a porous medium: An experimental investigation using LDA”, Experiments in Fluids, Vol. 22, No. 5, pp. 408–422, (1997).

[59] N. Rudraiah, “Coupled parallel flows in a channel and a bounding porous medium of finite thickness”, J. Fluids Eng., Vol. 107, pp. 322–329, (1985).

[60] M. Sahraoui and M. Kaviany, “Slip and no-slip velocity boundary conditions at interface of porous, plain media”, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 35, pp. 927–943, (1992).

[61] D. F. James and A. M. J. Davis, “Flow at the interface of a model fibrous porous medium”, J. Fluid Mech., Vol. 426, pp. 47–72, (2001).

[62] F. Lovera and J. F. Kennedy, “Friction factors for flat bed flows in sand channels”, J. Hydr. Div., ASCE, Vol. 95, pp. 1227–1234, (1969).

[63] Y. Kuwata and K. Suga, “Transport mechanism of interface turbulence over porous and rough walls”, Flow Turb.Combust., Vol. 97, pp. 1071–1093, (2016).

[64] Y. Kuwata and K. Suga, “Direct numerical simulation of turbulence over anisotropic porous media”, J. Fluid Mech., Vol. 831, pp. 41–71, (2017).

[65] M. R. Raupach, J. J. Finnigan, and Y. Brunei, “Coherent eddies and turbulence in vegetation canopies: the mixing-layer analogy”, Boundary-Layer Meteorol., Vol. 78, No. 3-4, pp. 351–382, (1996).

[66] J. Finnigan, “Turbulence in Plant Canopies”, Ann. Rev. Fluid Mech., Vol. 32, pp. 519–571, (2000).

[67] M. Ghisalberti and H. Nepf, “Mixing layers and coherent structures in vegetated aquatic flows”, J. Geophys. Res. Oceans, Vol. 107, No. C2, pp. 1–11, (2002).

[68] D. Poggi, A. Porporato, L. Ridolfi, J. D. Albertson, and G. G. Katul, “The effect of vegetation density on canopy sub-layer turbulence”, Boundary-Layer Meteorol., Vol. 111, No. 3, pp. 565–587, (2004).

[69] C. Camporeale, E. Mantelli1, and C. Manes, “Interplay among unstable modes in films over permeable walls”, J. Fluid Mech., Vol. 719, pp. 527–550, (2013).

[70] P. E. Dimotakis and G. L. Brown, “The mixing layer at high Reynolds number: large-structure dynamics and entrainment”, J. Fluid Mech., Vol. 78, pp. 535–560, (1976).

[71] M. M. Rogers and R. D. Moser, “Direct simulation of a self-similar turbulent mixing layer”, Phys. Fluids, Vol. 6, pp. 903–923, (1994).

[72] M. E. Rosti, L. Brandt, and A. Pinelli, “Turbulent channel flow over an anisotropic porous wall – drag increase and reduction”, J. Fluid Mech., Vol. 842, pp. 381–394, (2018).

[73] G. G´omez-de Segura and R. Garc´ıa-Mayoral, “Turbulent drag reduction by anisotropic permeable substrates – analysis and direct numerical simulations”, J. Fluid Mech., Vol. 875, pp. 124–172, (2019).

[74] K. A. Flack and M. P. Schultz, “Roughness effects on wall-bounded turbulent flows”, Phys. Fluids, Vol. 26, p. 1013051, (2014).

[75] Y. Shimizu, T. Tsujimoto, and H. Nakagawa, “Experiment and macroscopic mod- elling of flow in highly permeable porous medium under free-surface flow”, J. Hy- drosci. Hydraul. Eng., Vol. 8, pp. 69–78, (1990).

[76] D. Pokrajac and C. Manes, “Velocity measurements of a free-surface turbulent flow penetrating a porous medium composed of uniform-size spheres”, Transp. Porous, Med., Vol. 78, pp. 367–383, (2009).

[77] M. Detert, V. Nikora, and G. H. Jirka, “Synoptic velocity and pressure fields at the water-sediment interface of streambeds”, J. Fluid Mech., Vol. 660, pp. 55–86, (2010).

[78] K. Suga, “Understanding and modelling turbulence over and inside porous media”, Flow Turb. Combust., Vol. 96, pp. 717–756, (2016).

[79] A. C. Best, “Transfer of heat and momentum in lowest layers of the atmosphere”, Tech. Rep. 65, Geophys. Mem., Met. Off. Lond., (1935).

[80] V. Nikora, K. Koll, S. McLean, A. Dittrich, and J. Aberle, “Zero-plane displacement for rough-bed open-channel flows”, in Int. Conf. Fluvial Hydraulics River Flow 2002, (Louvain-la-Neuve, Belgium), pp. 83–92, (2002).

[81] H. Nepf and M. Ghisalberti, “Flow and transport in channels with submerged veg- etation”, Acta Geophys., Vol. 56, pp. 753–777, (2008).

[82] K. Hanjali´c and B. E. Launder, “Fully developed asymmetric flow in a plane chan- nel”, J. Fluid Mech., Vol. 51, pp. 301–335, (1972).

[83] J. C. Han, J. S. Park, and C. K. Lei, “Heat transfer enhancement in channels with turbulence promoters”, J. Eng. Gas Turbines Power, Vol. 107, pp. 628–635, (1985).

[84] C. K. Liu, S. J. Kline, and J. J. P., “An experimental study of turbulent boundary layers on rough walls”, Tech. Rep. MD-15, (1966).

[85] K. Suga, S. Tominaga, M. Mori, and M. Kaneda, “Turbulence characteristics in flows over solid and porous square ribs mounted on porous walls”, Flow Turb. Combust., Vol. 91, pp. 19–40, (2013).

[86] D. Pokrajac, J. J. Finnigan, C. Manes, I. McEwan, and V. Nikora, “On the definition of the shear velocity in rough bed open channel flows”, in River Flow 2006 (Ferreira, Alves, Leal, and Cardoso, eds.), pp. 89–98, Taylor & Francis, London, (2006).

[87] J. Jarvela, “Effect of submerged flexible vegetation on flow structure and resistance”, J. Hydraulics, Vol. 307, pp. 233–241, (2005).

[88] H. Nakagawa, T. Tsujimoto, and Y. Shimizu, “Turbulent flow with small relative submergence”, in Fluvial Hydraulics of Mountain Regions; Lecture Notes in Earth Sciences 37 (A. Armanini and G. Di Silvio, eds.), pp. 33–44, Springer Verlag, Berlin, (1991).

[89] O. Coceal, A. Dobre, T. Thomas, and S. Belcher, “Structure of turbulent flow over regular arrays of cubical roughness”, J. Fluid Mech., Vol. 589, pp. 375–409, (2007).

[90] H. Schlichting, Boundary layer theory, 7th edn. New York: McGraw-Hill, (1979).

[91] P. S. Jackson, “On the displacement height in the logarithmic velocity profile”, J. Fluid Mech., Vol. 111, pp. 15–25, (1981).

[92] K. Suga, Y. Okazaki, and Y. Kuwata, “Characteristics of turbulent square duct flows over porous media”, J. Fluid Mech., Vol. 884, (2020). A7.

[93] A. J. Ochoa-Tapia and S. Whitaker, “Momentum transfer at the boundary be- tween a porous medium and a homogeneous fluid. I.: Theoretical development, II: Comparison with experiment”, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 38, pp. 2635–2655, (1995).

[94] B. Alazmi and K. Vafai, “Analysis of fluid flow and heat transfer interfacial con- ditions between a porous medium and a fluid layer”, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 44, pp. 1735–1749, (2001).

[95] K. Suga and Y. Nishio, “Three dimensional microscopic flow simulation across the interface of a porous wall and clear fluid by the lattice Boltzmann method”, The Open Transp. Phenom. J., Vol. 1, pp. 35–44, (2009).

[96] A. Samanta, R. Vinuesa, I. Lashgari, P. Schlatter, and L. Brandt, “Enhanced sec- ondary motion of the turbulent flow through a porous square duct”, J. Fluid Mech., Vol. 784, pp. 681–693, (2015).

[97] Y. Nagano, H. Hattori, and T. Houra, “DNS of velocity and thermal fields in turbu- lent channel flow with transverse-rib roughness”, Int. J. Heat Fluid Flow, Vol. 25, No. 3, pp. 393 – 403, (2004).

[98] P. Orlandi, D. Sassun, and S. Leonardi, “DNS of conjugate heat transfer in presence of rough surfaces”, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 100, pp. 250–266, (2016).

[99] S. Leonardi, P. Orlandi, and R. A. Antonia, “Properties of d- and k-type roughness in a turbulent channel flow”, Phys. Fluids, Vol. 19, No. 12, p. 125101, (2007).

[100] P. Orlandi and S. Leonardi, “DNS of turbulent channel flows with two- and three- dimensional roughness”, Journal of Turbulence, Vol. 7, p. N73, (2006).

[101] P. Burattini, S. Leonardi, P. Orlandi, and R. A. Antonia, “Comparison between experiments and direct numerical simulations in a channel flow with roughness on one wall”, J. Fluid Mech., Vol. 600, pp. 403–426, (2008).

[102] R. B. Dean, “Reynolds number dependence of skin friction and other bulk flow variables in two-dimensional rectangular duct flow”, J. Fluids Engng., Vol. 100, pp. 215–223, (1978).

参考文献をもっと見る

全国の大学の
卒論・修論・学位論文

一発検索!

この論文の関連論文を見る