リング攪乱による円管内流れの制御と流れ構造の解明

点击翻译按钮获取中文摘要

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。