リング攪乱による円管内流れの制御と流れ構造の解明

通过环扰动控制圆管内的流动并阐明流动结构

• 批准号: 07750207
• 负责人: 宇都宮 浩司
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Hiroshima Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750207/
• 关键词: 円管内乱流; 緩和過程; リング攪乱; 乱流制御; 流れ強さ分布; 乱れエネルギ; レイノルズせん断応力分布

当該研究に使用した供試円管は直径100mm、全長14mで、流れが十分に発達している管路入口より約7m下流位置に攪乱リングを挿入した。リング断面は一辺7mmの正方形である。このリング背後の流れ場について熱線流速計で詳細に測定した。得られた信号はAD変換し、MOディスクに記録、パソコンで平均速度、乱れ強さ、レイノルズせん断応力等を算出した。管中心位置での平均速度と乱れ強さの流れ方向変化はリング背後で極大値を取り、それからアンダーシュートし、極小値を取った後に非攪乱の値に漸近している。極大値、極小値を取る位置は乱れ強さの方が下流方向にずれており、平均速度より乱れの方がやや反応が遅れることを示している。次に乱れ強さとレイノルズせん断応力分布形状の流れ方向変化を調べた。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約10リング高さ下流まではほぼ一定であるが、内部境界層の発達に伴い、小さくなり、やがて消去する。更に流れは再発達し、非攪乱の状態に回復する。これらの変化は平均速度分布形状の流れ方向変化の挙動とも良く対応している。更に乱れエネルギの非攪乱の場合との差として定義される緩和量の流れ方向変化を調べた。緩和量はリング直後5直径位置で極大値を取った後に減少、零の値に漸近する。この観点からもリング攪乱の約50直径下流では非攪乱の状態に回復している。以上、乱れ特性の変化挙動について、平均流特性の変化とよく対応しており、また緩和過程と乱流混合機構の観点から説明出来ることを明らかにした。今後はスペクトル解析等の周波数解析と統計的処理による解析から、そのメカニズムを明らかにする予定である。なお、本研究実績は日本機械学会論文集に投稿する予定である。

When the test tube was used in this study, the diameter was 100mm, the total length was 14m, and the flow rate was 10%. The pipe inlet was about 7m downstream. The cross section is 7mm square. The flow field behind the hot wire anemometer is measured in detail. To obtain the signal AD change, MO, record, average speed, noise intensity, break force, etc. The average velocity of the tube center position varies from strong to weak, and the direction of flow varies from strong to weak. The maximum and minimum values are located in different directions, and the average velocity is located in different directions. In addition, the distribution shape of the breaking force and the direction of the flow are changed. Turbulent mixing mechanisms are located in the vicinity of turbulence and rapid velocity matching. The position of this layer is about 10 degrees. The lower layer is about 10 degrees. The inner layer is about 10 degrees. The lower layer is about 10 degrees. In addition, the flow is restored to normal, non-disturbed state. The change in the average velocity distribution shape and the change in the direction of flow In addition, the flow direction of the mitigation amount is adjusted according to the difference between the definition of the disturbance and the non-disturbance situation. Mitigating quantity: after 5 diameter positions, maximum value decreases and zero value decreases. The point of separation is about 50 diameters downstream of the disturbance, and the state of non-disturbance is restored. The characteristics of turbulence are described in detail above. The characteristics of average flow are described in detail below. In the future, the frequency analysis and statistical processing of the frequency analysis and statistical analysis will be determined. This research is scheduled for submission to the Proceedings of the Japan Mechanical Society.

项目成果

宇都宮・西・大阪: "十分発達した円管内流れにおける攪乱の影響(乱流場の測定)" 日本機会学会講演論文集. (4月発行). (1996)

宇都宫/西/大阪：“扰动对发达圆形管道中流动的影响（湍流流场的测量）”日本机械工程师学会会议记录（1996 年 4 月出版）。