成層流中における波動の発生と乱流熱輸送現象の解明

分层流中波的产生和湍流传热现象的阐明

• 批准号: 02650133
• 负责人: 蒔田 秀治
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1990
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1990 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02650133/
• 关键词: 成層流; 内部重力波; 乱流; 遷移; 混合層; 温度流速計; 温度成層形成装置

本研究室で開発された温度成層形成装置を用いることにより、風洞内に最大温度差△T=100Kの任意の安定度を有する成層流を精密に実現することができる。本研究によって得られた結果は以下の通りである。1.温度成層形成装置内の混合胴を60層に層分化することにより、局所最大温度匂配が5000k/m、それに基ずく局所リチャ-ドソン数Ri=0.7の安定成層流を風洞内に実現した。これは、成層流の静的安定限界(Ri=1/4)を越える強安定成層流であり、従来、水路・水槽等を使用しなければ実現不可能であった内部重力波の自然発生を風洞内に実現できることがわかった。2.ステップ状の温度分布を有する強安定成層流の混合層内で発生・発達する波動を観測し、それについて詳細に調べた。その結果、(1)BruntーVa^^¨isa^^¨la^^¨周波数(N=13Hz)以下の周波数成分のエネルギ-が下流に行くに従い増加して行く。(2)温度変動と鉛直方向速度変動間の位相供差がπ/2でその時のコヒ-レンスが1に近い値となった。(3)Thorpeが理論的に示した内部重力波の三波共鳴の条件を満たすピ-ク周波数の発生が認められた。これらの結果より、発生・発達した波動は内部重力波であることが判明した。3.成層流の安定度を全域的リチャ-ドソン数Ribに基ずいて3種類(Rib=1.36×10^<ー3>,1.6×10^<ー3>,1.67×10^<ー3>)設定し、混合層内で発生・発達する波動と安定度の関係を調べた。その結果、安定度が大きい成層流ほど浮力の抑制効果が顕著に認められ、内部重力波を早く発生・発達させることがわかった。4.流速の温度補償に関して仮定や近似を用いることなく補償式を簡略化し、それに基ずいて実現された温度流速計は計測範囲(流速U=1.8〜12m/s,温度差△T=0〜140℃)、周波数応答(DC〜5kHz)、計測精度(SN比,90dB)等、従来のものより高性能化を計ることができ、成層流中で速度・温度変動を正確に定量的計測することができることがわかった。

The temperature stratification device developed in this laboratory is used to precisely realize the laminar flow with maximum temperature difference △T=100K and arbitrary stability in the wind tunnel. The results of this study are as follows: 1. The temperature stratification of 60 layers in the mixed layer forming device is realized in the stable laminar flow wind tunnel with the maximum temperature distribution of 5000k/m and the basic temperature distribution of Ri=0.7 The stability limit (Ri=1/4) of laminar flow is exceeded. The stability limit (Ri=1/4) of laminar flow is exceeded. It is impossible to use the internal gravity wave and the natural generation of wind tunnel. 2. The temperature distribution of the temperature profile is very stable, and the ratio of the occurrence and occurrence in the mixed layer is measured and adjusted in detail. The results are as follows: (1) The frequency components below Brunt Va^^isa^^la^^^w (N=13Hz) increase in the downstream direction. (2)The phase difference between temperature change and vertical velocity change is π/2. (3)Thorpe's theory shows the conditions for the generation of three-wave resonance of internal gravity waves. The result of this is that the ratio of internal gravity waves to the ratio of internal gravity waves to internal gravity waves is determined. 3. The stability of the composite layer is determined by setting the global rib-value Rib (Rib=1.36×10^<3>, 1.6 × 10 ^<3>, 1.67 ×10^<3>), and the relationship between the stability of the composite layer and the ratio of the mixed layer is adjusted. The results, stability, laminar flow, buoyancy, and suppression effects are discussed below. 4. Temperature compensation of flow rate is related to the determination of approximate flow rate. The compensation formula is simplified and the measurement range of temperature and flow meter is realized.(Flow velocity U=1.8 ~ 12m/s, temperature difference △T=0 ~ 140℃), frequency response (DC ~ 5kHz), measurement accuracy (SN ratio, 90 dB), etc., high performance calculation, accurate quantitative measurement of velocity and temperature variation in laminar flow, etc.

项目成果

蒔田 秀治: "温度流速計の高精度化(第1報)" 日本機械学会論文集.

Hideharu Makita：“提高温度电流计的精度（第一份报告）”日本机械工程师学会会议录。