流体若手夏の学校 2022 での写真
日本機械学会三浦賞を受賞
国際学会 ASCHT2021 で Best Paper Award を受賞
松川 裕樹
Yuki MATSUKAWA
東京理科大学大学院 創域理工学研究科 機械航空宇宙工学専攻 博士後期課程 2 年 熱流体力学研究室（塚原研究室）
独立行政法人 日本学術振興会 特別研究員（DC2）
連絡先：
〒278-8510
千葉県野田市山崎 2641
東京理科大学野田キャンパス 2 号館 1 階 熱流体力学研究室（塚原研究室）
TEL: 04-7124-1501（内線: 3964）
FAX: 04-7123-9814
E-mail: 7523701 ＿at＿ ed.tus.ac.jp （＿at＿を @ に変換してください）
Google Scholar
ResearchGate
researchmap
ORCID
GitHub
【お知らせ】
- 2025 年 3 月 27, 28 日に金沢工業大学扇が丘キャンパスで開催される第 70 回乱流遷移の解明と制御研究会を聴講予定です．
- 2025 年 4 月 7 日から 4 月 11 日に Udine (Italy) で開催される Instabilities in Turbulence に参加予定です．
- 2025/03/03 埼玉大学で開催された 関東学生会第 64 回学生員卒業研究発表講演会 にて共同研究者の大野僚子さんが講演しました．
- 2025/01/17 芝浦工業大学豊洲キャンパスで開催された第 36 回乱流制御研究会で最優秀賞を受賞しました！
- 2024/12/06 International Journal of Heat and Fluid Flow（IF: 2.6）に論文が掲載されました！[Wep Page (Open Access)]
研究テーマ
壁面剪断流，特に複数の主流が直交する複合剪断流における超臨界・亜臨界乱流遷移現象，伝熱特性の研究詳細
層流から乱流または乱流から層流に向けての中間として遷移域が存在し，その遷移過程には超臨界遷移と亜臨界遷移の二種類が存在します[1]．超臨界遷移は，Reynolds 数が上昇し線形（局所）安定臨界 Reynolds 数 $\Re_\L$ を迎えると基本流が線形不安定となり，その後段階的に流れ場が複雑化して乱流に至る遷移過程です．Rayleigh–Bénard 対流などの熱対流系や内円筒回転のみの Taylor–Couette 流などに見られます．
一方の亜臨界遷移は $\Re_\L$ 以下であっても，突発的な乱流遷移を引き起こす遷移過程です．例えば，Reynolds の実験[2]に代表されるような円管内流れは線形安定性解析で $\Re_\L \to \infty$ となりますが，これは我々の直観に反した結果です．実際には $\Re \approx 2000$（大抵はこれより大きい Reynolds 数）で乱流に遷移します．線形安定性理論では線形撹乱（無限小撹乱）に対しての基本流の安定性を調べていますが，実際の流体現象と対応させるには撹乱の非線形性を考慮した有限小撹乱に対しての非線形安定性を調べる必要があります．したがって，亜臨界遷移域は「線形安定だが非線形不安定となりうる領域」であるため，理論的アプローチが難しい問題となります．壁面剪断流の多くは亜臨界遷移に属し，乱流維持下限の大域的安定臨界 Reynolds 数 $\Re_\G$ 近傍では層流と乱流が時空間的に共存し，局在化した乱流が乱流パフ[2]や乱流縞[3,4]と呼ばれる特徴的なパターンを形成します．
私はこれらの超・亜臨界遷移現象の解明を目指し，大規模な直接数値計算を実施しています．
主な参考文献
- P. Manneville, "Transition to turbulence in wall-bounded flows: Where do we stand?," Mechanical Engineering Reviews, 3(2) (2016), 15-00684. [Web Page (Open Access)]
- O. Reynolds, "An experimental investigation of the circumstances which determine whether the motion of water shall be direct or sinuous, and of the law of resistance in parallel channels," Philosophical Transactions of the Royal Society, 174 (1883), 935–982. [Web Page (Open Access)]
- T. Tsukahara, Y. Seki, H. Kawamura and D. Tochio, "DNS of turbulent channel flow at very low Reynolds numbers," Proceedings of 4th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena (2005), 935–940. [Web Page]
- A. Prigent, G. Grégoire, H. Chaté, O. Dauchot and W. van Saarloos, "Large-scale finite-wavelength modulation within turbulent shear flows," Physical Review Letters, 89 (2002), 014501. [Web Page]
- Taylor–Couette–Poiseuille 流の局在乱流パターン，安定状態の移行の調査
- G. I. Taylor, "Stability of a viscous liquid contained between two rotating cylinders," Philosophical Transactions of the Royal Society, 223(605-615) (1923), 289–343. [Web Page (Open Access)]
- C. D. Andereck, S. S. Liu and H. L. Swinney, "Flow regimes in a circular Couette system with independently rotating cylinders," Journal of Fluid Mechanics, 164 (1986), 155–183. [Web Page]
- D. Coles, "Transition in circular Couette flow," Journal of Fluid Mechanics, 21(3) (1965), 385–425. [Web Page]
- T. Ishida, Y. Duguet and T. Tsukahara, "Transitional structures in annular Poiseuille flow depending on radius ratio," Journal of Fluid Mechanics, 794 (2016), R2. [Web Page]
- Y. Matsukawa and T. Tsukahara, "Subcritical transition of Taylor–Couette–Poiseuille flow at high radius ratio," Physics of Fluids, 34(7) (2022), 074109. [Web Page (Open Access)]
- Y. Matsukawa and T. Tsukahara, "Switching between supercritical and subcritical turbulent transitions in inner cylinder rotating Taylor–Couette–Poiseuille flow," International Journal of Heat and Fluid Flow, 112 (2025), 109667. [Web Page (Open Access)]
- 鉛直平行平板間自然対流の乱流遷移過程，伝熱特性の調査
- 鉛直平行平板間共存対流の乱流遷移過程，伝熱特性の調査
詳細
Taylor–Couette–Poiseuille 流（TCPF）は二重円筒流路の内・外円筒間の作動流体に対し，円筒の周方向回転（Taylor–Couette 流，TCF）と，軸方向の圧力勾配駆動（環状 Poiseuille 流，APF）を与えた流れです．TCF の遷移現象は古くから研究されており，Taylor による Taylor 渦の発見はその代表格と言えるでしょう[1]．内円筒と外円筒の半径比である円筒比 $\eta \equiv r_\rmin/r_\rmout$ が大きい $\eta = 0.883$ の条件では内円筒・外円筒回転速度に基づいた Reynolds 数 $\Re_\rmin, \Re_\rmout$ で整理した詳細な流動状態の遷移図が作成されています[2]．両円筒が対向回転する際は亜臨界遷移となり，平行平板間流で見られる乱流縞とよく似た spiral turbulence が出現します[3]．
一方の APF でも，高円筒比条件（$\eta \to 1$）では幾何的に平行平板間流に近づくため helical turbulence と呼ばれる乱流縞が，低円筒比条件（$\eta \to 0$）ではパイプ形状に近づき乱流パフが出現します[4]．
TCPF は複数の主剪断流の非線形相互作用により特異な流動現象が生じます[5, 6]． また，剪断の向きが軸方向と周方向で互いに直交しているため，速度分布が三次元的に捻じれたものとなります． したがって，剪断方向が一方向のみの単一剪断流（パイプ流やチャネル流など）と比較すると流動構造が複雑になります．
主な参考文献
興味
- 乱流，乱流遷移
- 非線形力学系・安定性理論および乱流遷移への応用
- $\TeX/\LaTeX$ などの組版システム [作ったもの]
所属学会
- 一般社団法人 日本機械学会（正員）
- 公益社団法人 日本伝熱学会（学生会員）
- 一般社団法人 日本流体力学会（学生会員）