回転体上の三次元境界層の乱流構造の解明

旋转体上三维边界层的湍流结构的阐明

• 批准号: 08650195
• 负责人: 山下 新太郎
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Gifu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08650195/
• 关键词: 乱流; 境界層; ねじれ速度; レイノルズ応力; 混合距離; エネルギ収支; パワースペクトル; クロススペクトル

本研究は軸流中の回転円筒上のねじれた速度分布の乱流境界層の乱流構造を実験的に解明しようとするものである。このためにまず平均速度とレイノルズ応力6成分をプローブ回転法により測定し,その変化の特徴,および平均流エネルギと乱れエネルギの収支を明らかにした。次に微小V型熱線プローブを用いて瞬時のu,v変動の時系列データを収録し,これより平均と変動の成分エネルギの収支,u,v変動のパワースペクトル,u,vのクロススペクトルを調べ,以下のような成果を得た。層外主流速度と円筒周速度の合成速度U_<RO>を代表速度として,これにより無次元化したu,w変動の実効値u',w'は速度比によらずほぼ相似になるが,v'は円筒回転時の方が静止時より大きくなること,-uw/U_<RO>^2は速度比とともにやや減少し,-uv/U_<RO>^2は円筒回転時に壁近傍で非常に大きくなることを明らかにした。さらに,円筒回転時には渦動粘度が大きくなり,しかも等方的渦粘性の仮定は成立しないこと,混合距離が非常に増大することを明らかにした。次に,平均流エネルギの対流項と拡散項は,境界層の外層部でほぼ釣り合い,速度比の増加とともに絶対値が減少すること,乱れエネルギの生成項と散逸項は,境界層全域にわたって支配的でほぼ釣り合っており,平衡境界層となっていることを確認した。また,u,v変動のパワーペクトル分布から、壁近くに大規模渦構造が存在することが示唆された。さらに,平均流の成分エネルギの収支から,境界層の内層部では,Uエネルギに対しては生成,粘性散逸,粘性輸送項が損失,拡散項が利得であり,Vエネルギに対しては生成,粘性散逸,拡散項が損失,粘性輸送項が利得となること,外層部ではUエネルギに対する対流と拡散項,Vエネルギに対する生成と拡散項がそれぞれほぼ釣り合うを明らかにした。また,u,v変動のクロススペクトルから,内層部にはスペクトルの低波数域にuとvの強い相関があり,大規模渦構造と関連していることが示唆された。

This study is aimed at understanding the velocity distribution and turbulence structure of turbulent boundary layer in axial flow. The average velocity of the six components of the flow field is determined by the regression method, and the characteristics of the six components of the flow field are determined by the regression method. The time series of u,v changes in the micro V type heat line is recorded, and the average change in the component of u,v changes in the temperature range is recorded. The velocity ratio of the main flow outside the layer <RO><RO>and the velocity around the cylinder is equal to the velocity ratio of the main flow outside the layer and the velocity around the cylinder. The velocity ratio of the main flow outside the layer and the velocity around the cylinder is equal to the velocity ratio of the main flow outside the layer<RO>. The eddy viscosity increases when the cylinder rotates, and the eddy viscosity increases when the mixing distance increases. Second, the average flow rate of the opposite flow term and the dispersion term are opposite, the outer part of the boundary layer is closed, the velocity ratio increases and the absolute value decreases, the chaotic flow rate of the opposite flow term and the dispersion term are opposite, the boundary layer is dominated by the whole domain, and the equilibrium boundary layer is confirmed. The distribution of u,v changes indicates the existence of large-scale vortex structures. In addition, the average flow component is generated and the inner layer of the boundary layer is opposite to the flow component, the viscous dissipation component is opposite to the flow component, the viscous transport component is opposite to the flow component, the viscous dissipation component is opposite to the flow component, the viscous transport component is opposite to the flow component, the viscous dissipation component is opposite to the flow component, the viscous transport component is opposite to the flow component, and the viscous transport component is opposite to the flow component. The term "production" is used to describe the production process. In the inner part, the strong correlation between u and v in the low wavenumber domain and the large scale vortex structure are observed.

项目成果

矢野治久: "軸流中の細長回転円筒上の乱流境界層の実験(第1報,平均流と乱れの特性)" 日本機械学会論文集B編. 62. 3284-3291 (1996)

Haruhisa Yano：“轴流中细长旋转圆柱体上的湍流边界层实验（第 1 部分，平均流动和湍流的特性）”日本机械工程师学会会刊，B 版 62. 3284-3291 (1996)。

矢野治久: "軸流中の細長回転円筒上の乱流境界層の実験(第2報,エネルギ収支とスペクトル分布)" 日本機械学会論文集B編. 63(3月号掲載予定). (1997)

Haruhisa Yano：“轴流中细长旋转圆柱体上的湍流边界层实验（第二次报告，能量平衡和光谱分布）”日本机械工程师学会会刊，B 版 63（计划于 3 月出版）。 (1997)