リング攪乱による円管内流れの制御

当該研究に使用した供試円管は直径100mm、全長14mで、管路入口より約7m下流位置に攪乱リングを挿入した。この位置では流れは十分に発達していた。また、攪乱リング断面寸法は一辺7mmの正方形である。この流れ場について熱線流速計で平均速度と乱れ強さの分布を測定した。特にリング背後2m程度までは変化が激しいので詳細に測定した。(円管内乱流を熱線流速計で精度良く測定する方法を確立した後にこの測定を行った。)平均速度分布は、全般的にピト-管での測定結果と一致しており、特に壁面近傍ではピト-管での測定より精度よく測定できた。リング上では縮流による均一な速度分布とリング近傍での急な速度勾配が見られる。リング背後の剥離が形成され、リング先端からリング高さの8.2倍下流位置で流れが再付着している。リングによる速度欠損は内部層の発達により回復し、およそ70直径下流で元の流れ場へ回復している。乱れ強さ分布は、攪乱リング近傍の急な速度勾配による乱流混合機構のためリング背後ではリング高さより少し高い位置に乱れ強さの大きなピークが見られる。このピークの位置と大きさはリング先端よりリング高さの10倍下流まではほぼ一定であるが、内部層の発達に伴い、このピークは小さくなり、また管中心方向へ移動し、約50倍下流位置で消失する。さらに流れは再発達し、リングから70直径下流では攪乱無しの流れ場に回復している。そして、このような乱れ強さ分布の流れ方向変化は平均速度分布や各種特性量、表面摩擦係数等の流れ方向変化挙動とよく対応していることを明らかにした。更にはこの挙動について緩和過程と乱流混合機構の観点から流体力学的に説明出来ることを明らかにした。今後はレイノルズ応力分布等の変化挙動を明らかにする予定である。なお、本研究実績の一部は既に日本機械学会論文集に投稿中で、残りの内容についても近く投稿予定である。

当該研究に使用した供試円管は直径100mm、全長14mで、管路入口より約7m下流位置に攪乱リングを挿入した。この位置では流れは十分に発達していた。また、攪乱リング断面寸法は一辺7mmの正方形である。この流れ場について熱線流速計で平均速度と乱れ強さの分布を測定した。特にリング背後2m程度までは変化が激しいので詳細に測定した。(円管内乱流を熱線流速計で精度良く測定する方法を確立した後にこの測定を行った。)平均速度分布は、全般的にピト-管での測定結果と一致しており、特に壁面近傍ではピト-管での測定より精度よく測定できた。リング上では縮流による均一な速度分布とリング近傍での急な速度勾配が見られる。リング背後の剥離が形成され、リング先端からリング高さの8.2倍下流位置で流れが再付着している。リングによる速度欠損は内部層の発達により回復し、およそ70直径下流で元の流れ場へ回復している。乱れ強さ分布は、攪乱リング近傍の急な速度勾配による乱流混合機構のためリング背後ではリング高さより少し高い位置に乱れ強さの大きなピークが見られる。このピークの位置と大きさはリング先端よりリング高さの10倍下流まではほぼ一定であるが、内部層の発達に伴い、このピークは小さくなり、また管中心方向へ移動し、約50倍下流位置で消失する。さらに流れは再発達し、リングから70直径下流では攪乱無しの流れ場に回復している。そして、このような乱れ強さ分布の流れ方向変化は平均速度分布や各種特性量、表面摩擦係数等の流れ方向変化挙動とよく対応していることを明らかにした。更にはこの挙動について緩和過程と乱流混合機構の観点から流体力学的に説明出来ることを明らかにした。今後はレイノルズ応力分布等の変化挙動を明らかにする予定である。なお、本研究実績の一部は既に日本機械学会論文集に投稿中で、残りの内容についても近く投稿予定である。