界面活性剤水溶液の抵抗減少流れにおけるバースト現象と縦渦構造の解明

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界面活性剤の微量添加による流動抵抗減少のメカニズムを明らかにするため,本研究では2次元チャンネル乱流について,壁近傍で見られる乱流バースト現象に主眼をおいた流れの可視化計測を行った.実験方法としては,流体運動を可視化するために水素気泡法を用いてタイムラインを発生させ,その映像を連続的に画像処理ボードに取り込み,これに自動画像処理を施して瞬間速度の壁垂直方向分布を時系列データとして求め,瞬時速度,変動速度,加速度,VITA(Variable Time Average)値などの等値線図を得ると同時に,VITA法と呼ばれるバースト検出法を用いて平均バースト周期などを求めた.本研究により得られた主な結果は以下の通りである.(1)管摩擦係数がVirkの最大摩擦抵抗減少漸近線上にある低レイノルズ数流れにおいては,平均速度の対数分布はS字状になり,対数領域ではVirkの極限分布より大きな速度を持つ.(2)Virkの最大摩擦抵抗減少漸近線付近の管摩擦係数を持つ流れにおいては,乱れが非常に弱く,相対乱れ強さは,水流の場合の半分以下である.(3)管摩擦係数とレイノルズ数の関係の実験曲線が凸状となる領域においては,乱れ強さの壁垂直方向分布に二つのピークが存在する.(4)摩擦抵抗減少率が大きくなるにつれて,平均バースト周期は長くなり,バースト現象の発生位置が壁面から遠ざかる傾向が見られる.(5)最大摩擦抵抗減少状態では,乱流のバースト現象は見られず,細かな不規則変動のみが見られる.