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Research on momentum transfer around a rotating cylinder in a flow

流动中旋转圆柱体动量传递研究

基本信息

批准号：
21H01540
负责人：
林昌奎
金额：
$ 11.07万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、回転する円柱周りの流動及び流体力における円柱表面の粗度影響と粒子画像流速測定法(Particle Image Velocimetry,PIV)を用いて円柱周りの流動について調査した。まず、回転する円柱周りの流動及び流体力における円柱表面の粗度影響について得られた結果をまとめる。（１）静止流体中において円柱のみが回転している場合、円柱表面粗度の影響は強くみられ、円柱表面の粒度が粗いほど流速分布のグラフは勾配が強くなり、レイノルズ応力は全体的に増加する。（２）流れ中では、円柱の回転によって減速する側と増速する側共に円柱表面粗度の影響は微小であり、流れ場の変化はあまり見られない。（３）円柱表面粗度が回転円柱の流体力特性に与える影響はあまり見られない。（４）円柱の回転によって減速する側と増速する側共に、円柱の回転速度が上昇するにつれて、流速は一定の速度分布に収束していく。また、それに伴い回転円柱の流体力の変動は弱まり、線形的な変化となる。（５）円柱の回転によって減速する側では、円柱模型の回転によってレイノルズ応力が作用する範囲が拡大していき、無次元距離R'が3.5から4.5付近で範囲の拡大が弱まる。（６）円柱の回転によって増速する側では、無次元距離R'が0.5を境に，円柱表面側の流れの乱れが強い層、その外側の流れが整っている層に分かれている。PIV実験においては、今までのポイント計測で得られた流速から推定していた回転する円柱周りの流速分布の全体状がみられるようになった。円柱の回転が後流に及ぼす影響や円柱表面近傍の流れの定性的な特性が把握でき、今後詳細な解析を進める予定である。

This year, Particle image Velocimetry (PIV) was used to investigate the effects of column surface roughness on the flow and hydrodynamic forces around the column. The influence of the thickness of the cylinder surface on the flow and fluid forces around the cylinder and the cylinder is also discussed. (1) In the static fluid, the influence of cylinder surface roughness is strong, the particle size of cylinder surface is coarse, the velocity distribution is coarse, and the flow rate distribution is strong. (2) The influence of cylinder surface roughness on the flow field is slight. (3) The influence of surface roughness on the hydrodynamic characteristics of the cylinder. (4) The velocity distribution of the column is constant, and the velocity of the column is constant. The fluid force of the column is weak and linear. (5) The range of force acting on the cylinder model is large and the dimensionless distance R'is 3.5 and 4.5. (6) In the case where the return velocity of the cylinder is increased, the dimensionless distance R'is equal to 0.5, and the flow on the surface side of the cylinder is divided into two layers: the strong layer and the outer layer. The velocity of the flow is estimated by the measurement of the flow rate. The flow characteristics of the cylinder and its influence on the flow near the cylinder surface are determined and analyzed in detail in the future