高周波脈動流中の気液界面から飛散分裂する液滴群の挙動の統計評価とモデリング

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今年度の研究計画である実機エンジン条件を模擬した，直管と曲り管内の変動気流場における評価，および飛散・分裂の数値モデルの構築とシミュレーションへの応用を行うため，風洞を用いて矩形断面直管内気流変動と壁面近傍の乱流強度計測，および前年度に実施した矩形断面直管内の定常・脈動気流中を流れる薄液膜から生じる飛散液滴の分裂機構・飛散発生条件を基に，曲管を流れる液膜からの液滴飛散・分裂挙動計測を行い，曲り部の気相分布との相関性を調査した．矩形直管では分裂発生の閾値気相流速を超えると，液膜から空間分布に偏り無く管内で飛散が発生するが，曲管では気相が曲り部に流入直後，局所的に気相が加速される領域で振幅の大きい波も生成され，直管で飛散が生じない流入速度でも高頻度で飛散・分裂が生じる．一方，曲り内側の気相剥離領域および曲り外側では直管の閾値速度より減速される領域が現れ，飛散も生じないことから，気相分布と飛散領域の相関が明らかとなり，流速に空間分布が有る場合も直管の飛散条件が局所的に適用可能であることが分かった．しかし，直管では生じない壁面からの反射波，波同士の干渉の効果も現れ，管の大きい曲り角では顕著になることから，曲り角もしくは曲率半径の組込みが必要と考えられる．また，多数の飛散計測から飛散サイズと分裂時間の統計評価を行い，単一液滴分裂と直管・曲管での液膜飛散分裂の類似・相異を調査した．気相流速の増加に伴い分裂時間は短くなり，単一液滴の流体力学的時間スケールの傾向と整合する一方，分裂が生じる臨界ウェーバー数は液膜の方が大きく，分裂時間は曲り部で直管より短くなる傾向も得られ，基礎データとしてモデル構築に応用出来る．