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機能創成セミナー Seminar on Mechanical Science and Bioengineering

第90回

2014年4月17日 15:00-16:30

D棟共用セミナー室

Vortical structures in homogeneous high Reynolds number turbulence

概要
DNS data analysis of incompressible homogeneous forced turbulence with the Taylor micro-scale Reynolds number up to O(1000) shows that the vortical structures in high Reynolds number (Re) turbulence are qualitatively different from those in low Reynolds number turbulence. In high Re turbulence, elongated strong vortices are reasonably close packed and dense in layer-like regions with thickness of the order of the Taylor micro-scale and with length of the order of the integral length scale. Conditional statistics near the layer-like regions will be discussed.

名古屋大学大学院工学研究科,
石原 卓 准教授

世話人:河原源太 / 参加者:xxx 名

第89回

2014年4月17日 13:30-15:00

D棟共用セミナー室

Analysis of Complex Spatio-Temporal Patterns via Computational Algebraic Topology

概要
Fluids and dense granular media are capable of producing extremely complicated spatio-temporal patterns. These patterns which are captured in experimental or numerical data are often associated with scalar fields, i.e. density, temperature, magnitude of force, etc. As a consequence to study these problems we need to deal with high dimensional time series data. I will discuss how tools from computational algebraic topology can be used to obtain nonlinear reductions that provide useful characterizes of the geometry of these scalar fields.

Rutgers大学数学科,
Prof. Konstantin Mischaikow

世話人:河原源太 / 参加者:xxx 名

第88回

2013年12月2日 14:40-15:40

A304講義室

The Spectral Link in Turbulent Frictional Drag and Turbulent Mean Velocity Profile

概要
There is a missing link between the macroscopic properties of turbulent Flows, such as the frictional drag of a wall-bounded flow, and the turbulent spectrum. I shall describe this missing "spectral link" as a new area of research of both scientifi and practical importance. First, I shall outline a spectral theory of the frictional drag that expresses the frictional drag $f$ as a functional of the turbulent spectrum. For the "energy cascade" spectrum, where the spectral exponent $\aphar=5/3$, I shall obtain an analytical version of the arch-famous Nikuradse's diagram that is in minute qualitative agreement with the distinctive features diagram that have remained elusive to any theoretical elucidation. I shall show that the exponents of the empirical scalings in the diagram are set by the spectral exponent. Next, I shall describe unprecedented experimental measurements of the frictional drag in turbulent soap-film flows over smooth walls, with two disparate types of turbulent spectra: the "enstrophy cascade," for which $\alpha=3$, and the "inverse energy cascade," for which $\alpha=5/3$. I shall show that the functional relation between $f$ and $Re$ is set by the spectral exponent $\alpha$ as per the predictions of the spectral theory of frictional drag: where $\alpha=3$, $f\sim Re^{-1/2}$; where $\alpha=5/3$, $f\sim Re^{-1/4}$. Last, I shall outline an analysis that yields the turbulent mean-velocity profile (MVP) of a pipe flow as a functional of the spatially varying turbulent spectrum. Each part of the MVP is a manifestation of a specific spectral range.

Okinawa Institute of Science and Technology,
Pinaki Chakraborty

世話人:河原源太 / 参加者:xxx 名

第87回

2013年11月13日 13:00-14:30

A304講義室

「これからの日本の電力・エネルギー事情」
    (民生分野における機械系エンジニアの役割


概要
地球温暖化防止のために低炭素社会の構築が必須、急務である。原子力発電に依存してきた日本のエネルギー基本計画 は、2011・3・11の東日本大震災により見直しを余儀なくされている。この混迷を深めているエネルギー・電力事情を、 供給・需要両サイドから論じるとともに民生分野の省エネルギーについても言及する。

三機工業㈱相談役,
宅清光氏

世話人:平尾雅彦 / 参加者:xxx 名

第86回

2013年10月28日 13:30-15:00

D棟共用セミナー室

The effect of the polymer relaxation time on the nonlinear energy cascade and dissipation of statistically steady and decaying homogeneous isotropic turbulence


概要
We report a numerical study of statistically steady and decaying turbulence of FENE-P fluids for varying polymer relaxation times ranging from the Kolmogorov dissipation time-scale to the eddy turnover time. The total turbulent kinetic energy dissipation is shown to increase with the polymer relaxation time in both steady and decaying turbulence, implying a “drag increase”. If the total power input in the statistically steady case is kept equal in the Newtonian and the viscoelastic simulations the increase in the turbulence-polymer energy transfer naturally lead to the previously reported depletion of the Newtonian, but not the overall, kinetic energy dissipation. The modifications to the nonlinear energy cascade with varying Deborah/Weissenberg numbers are quantified and their origins investigated.

ポルトガル工科大学,
Pedro Valente

世話人:河原源太 / 参加者:xxx 名

第85回

2013年10月25日 16:20-17:50(5限)

D棟共用セミナー室

Using Fully-Coupled Dynamic Fluid-Structure Interaction Models to Study Bio-Mechanical Systems


概要
Fluid-structure interactions exist in many aspects of our daily lives. Some biomedical engineering examples are blood flowing through a blood vessel and blood pumping in the heart. Fluid interacting with moving or deformable structures poses more numerical challenges for its complexity in dealing with transient and simultaneous interactions between the fluid and solid domains. To obtain stable, effective, and accurate solutions is not trivial. Traditional methods that are available in commercial software often generate numerical instabilities. In this study, we present the Immersed Finite Element Method (IFEM) that we have been developing and enhancing over the past decade to study complex fluid-structure interaction in biomedical engineering applications. This non-boundary-fitted mesh technique does not require mesh-updating or remeshing, and can easily couple any existing fluid and solid solvers. The fluid and solid domains are fully coupled and their dynamics are been solved rather than imposed, thus yield accurate and stable solutions, even for high Reynolds number flows, large deformations, and high density disparities. The variables in the two domains are interpolated via an interpolation function that enables the use of non-uniform grids in the fluid domain, which allows the use of arbitrary geometry shapes and boundary conditions. This approach can be extended to model even more complex three-phase (gas-liquid-solid) interactions.

Department of Mechanical, Aerospace, and Nuclear Engineering, Rensselaer Polytechnic Institute,
Prof. Lucy T. Zhang

世話人:和田成生 / 参加者:xxx 名

第84回

開催日 8月2日(金)[セミナー(1)(2)],8月7日(水)[セミナー(3)(4)],8月 8日(木)[セミナー(5)(6)]

開催時間 3限(13:00-14:30)[セミナー(1),(3),(5)],4限(14:40-16:10)[セミ ナー(2),(4), (6)]

場所 C棟セミナー室(8/2,8/8),B302講義室(8/7)

航空宇宙工学セミナー

題目

(1) -飛ぶ-空の世界への工学の貢献「その歴史とメカニズム」
(2) -飛ぶ-空の世界への工学の貢献「ジェットエンジン(1)」
(3) -飛ぶ-空の世界への工学の貢献「ジェットエンジン(2)」
(4) -飛ぶ-空の世界への工学の貢献「ロケット」
(5) -飛ぶ-空の世界への工学の貢献「宇宙往還機」
(6) 環境問題への工学の貢献「産業用ガスタービン」

大阪大学大学院基礎工学研究科機能創成専攻
武石賢一郎招聘教授

世話人: 河原 源太 / 参加者:xxx 名

第83回

2013年7月23日 14:00~15:00

D棟共用セミナー室

弾性有孔板の垂直入射吸音率に関する研究

概要
1次元管路中に置かれた弾性有孔板の垂直入射吸音率の解析モデルを提示して、 音響実験で検証する。吸音すなわち音響エネルギーの減衰は、空気と固体壁面と の粘性、および縮流部の渦に起因する。さらに音圧で壁面が弾性変形する場合に は、弾性壁の構造減衰も寄与する。これら3者を数値計算により定量的に評価する。

関西大学システム理工学部機械工学科
宇津野 秀夫 教授

世話人:和田成生 / 参加者:xxx 名

第82回

2013年1月10日 10:30~11:30

機械科学会議室

Global Engineer

概要
古屋興二先生は東京大学卒業後Caltechで学位を取られコンサルタント会社を経営 後、工学院大学にグローバルエンジニアリング学部 (http://www.kogakuin.ac.jp/faculty/department
/g_engineering/index.htm)を創設さ れ、現在はHarvey Mudd College (http://www.hmc.edu/) で教鞭をとっておられま す。グローバルエンジニアリング学部では本専攻に在籍した佐藤光太郎、塩見誠規両 教授が重要スタッフとして活躍中です。
国際的に活躍するGlobal Engineerになるために必要な事項他お話しいただきますの で多数ご参加ください。

Harvey Mudd College
古屋興二 教授

世話人:辻本 良信 / 参加者:xxx 名

第81回

2013年1月8日 14:40~16:10

C棟共用セミナー室

統計的に定常な一様剪断乱流の直接数値シミュレーション

概要
一様剪断乱流は大小さまざまなスケールの運動の非線形相互作用を調べる 上で非常に有用な流れであり、壁乱流にみられるようなストリークや渦構造が 存在することが知られている[1]。また、長時間シミュレーションを行うと壁乱流 にみられるようなバースト現象も観測される[2]。本研究では、剪断周期 (Shear-periodic)境界条件を課した直接数値シミュレーション(DNS)を行い、 一様剪断乱流の長期的な振る舞いを調べる。この方法では、格子再形成 (remesh)[3]の必要がなく、それに伴う周期的なエンストロフィーの損失を 避けることができる。一般に、一様剪断乱流の積分長は時間とともに増大 するが、DNSでは流れは計算領域の拘束を受けることになる。計算領域の アスペクト比の影響を調べた結果、乱流特性長さはミニマルチャネル 乱流[4]と同様に、スパン方向長さであることが分かった。さらに、一様剪断 乱流の長期的な振る舞いをみると、ストリークの再生成やバースト現象がみられ、 それらの周期は平行平板間乱流のものとよく一致する。 [1] M. M. Rogers and P. Moin, JFM, 176,33 (1987), M. J. Lee, J. Kim and P. Moin, JFM, 216, 561 (1990), S. Kida and M. Tanaka, JFM, 274, 43 (1994), 乱流力学, 木田重雄・柳瀬眞一郎著, (朝倉書店), 7章および11章 [2] Pumir, PoF 8, 3112 (1996) [3] R. S. Rogallo, NASA TM., 81315 (1981) 乱流力学, 木田重雄・柳瀬眞一郎著, (朝倉書店) P399 -403 [4] O. Flores and J. Jimenez, PoF 22, 071704 (2010)

マドリード工科大学
関本 敦 氏

共同研究者 Siwei Dong, Javier Jimenez (マドリード工科大学)

世話人:河原 源太 / 参加者:xxx 名

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