非円形ノズル効果とバイモーダル励起による同軸噴流の混合制御

本研究では、内周と外周に存在する2つのせん断層を有する同軸噴流における流れの混合過程で噴流せん断層中に発生する渦の挙動・干渉を調べ、噴流の混合促進・抑制する最適条件であるノズル形状、加振条件を明らかにすることを最終目的としている。まず、円形の2つのせん断層の干渉を調べるために、水噴流実験装置においてレイノルズ数3000の同軸噴流について、内側円形噴流と外側環状噴流を同時に加振した場合の振動波形の位相差が内側、外側せん断層内の渦の発達・合体・崩壊に及ぼす影響を調べた。その結果、非加振時の噴流内の自然渦周波数fnを基準として、加振周波数を0.5fnで位相差を与えて加振した場合、特定の位相差で渦合体が促進されて、噴流が広がること、そして、加振周波数1.0fnで加振した場合は中心軸付近の速度が増加し、位相差を与えた場合に3つのパターンがあることを明らかにした。さらに、空気噴流実験装置においても、同軸噴流の混合制御における位相差の有効性を示した。次に、2次元の2つのせん断層の干渉を調べるために、平面噴流の上流側から噴流全体を加振した全体加振と噴流ノズル出口先端の幅1mmのスリットからせん断層を直接加振したせん断層加振、さらにせん断層加振時に上下のスピーカの加振波形に位相差をつけた場合の影響を調べた。その結果、全体加振とせん断層加振の加振位置変化による流れ場に及ぼす影響にあまり差はなく、加振周波数が高い方が、噴流の広がりが大きくなる。そして、せん断層加振時の加振波形の位相差は渦構造に大きく影響を与え、同位相で加振した場合には渦合体が2回生じるために乱れが大きくなり、噴流が広がる。一方、逆位相で加振した場合に、渦合体後の渦が下流域で交互配列となり、安定して流下し、非加振時より乱れが小さくなることを見出した。以上の研究の成果は、日本機械学会の国内及び国際会議にて発表した。

本研究では、内周と外周に存在する2つのせん断層を有する同軸噴流における流れの混合過程で噴流せん断層中に発生する渦の挙動・干渉を調べ、噴流の混合促進・抑制する最適条件であるノズル形状、加振条件を明らかにすることを最終目的としている。まず、円形の2つのせん断層の干渉を調べるために、水噴流実験装置においてレイノルズ数3000の同軸噴流について、内側円形噴流と外側環状噴流を同時に加振した場合の振動波形の位相差が内側、外側せん断層内の渦の発達・合体・崩壊に及ぼす影響を調べた。その結果、非加振時の噴流内の自然渦周波数fnを基準として、加振周波数を0.5fnで位相差を与えて加振した場合、特定の位相差で渦合体が促進されて、噴流が広がること、そして、加振周波数1.0fnで加振した場合は中心軸付近の速度が増加し、位相差を与えた場合に3つのパターンがあることを明らかにした。さらに、空気噴流実験装置においても、同軸噴流の混合制御における位相差の有効性を示した。次に、2次元の2つのせん断層の干渉を調べるために、平面噴流の上流側から噴流全体を加振した全体加振と噴流ノズル出口先端の幅1mmのスリットからせん断層を直接加振したせん断層加振、さらにせん断層加振時に上下のスピーカの加振波形に位相差をつけた場合の影響を調べた。その結果、全体加振とせん断層加振の加振位置変化による流れ場に及ぼす影響にあまり差はなく、加振周波数が高い方が、噴流の広がりが大きくなる。そして、せん断層加振時の加振波形の位相差は渦構造に大きく影響を与え、同位相で加振した場合には渦合体が2回生じるために乱れが大きくなり、噴流が広がる。一方、逆位相で加振した場合に、渦合体後の渦が下流域で交互配列となり、安定して流下し、非加振時より乱れが小さくなることを見出した。以上の研究の成果は、日本機械学会の国内及び国際会議にて発表した。