抵抗減少効果を有する界面活性剤水溶液の円柱周りの流れ特性

具有降阻作用的表面活性剂水溶液绕圆柱体的流动特性

• 批准号: 14750122
• 负责人: 小方 聡
• 金额: $ 2.56万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750122/
• 关键词: 抵抗減少; 界面活性剤; 外部流; 境界層; 円柱; 平板; 速度分布; 流れの可視化; 可視化

ある種の界面活性剤は管内乱流において抵抗減少効果を示す。その抵抗減少効果は最大で約80%にもなり、しかも抵抗減少効果に関連しているとされる紐状ミセルは流れ場中のせん断により破壊されても可逆的に再生するため、抵抗減少効果が消失することはない。よって、界面活性剤水溶液を地域冷暖房などの循環系の熱媒体として使用することでポンプ動力の大幅な低減が期待できる。これら抵抗減少効果の実用化は進みつつあるが、そのメカニズムや複雑な粘弾性的挙動および流動様相に関して不明な点は多い。一方、外部流である円柱周りの流れや平板上境界層流れの界面活性剤水溶液に関する研究は少ない。このことは界面活性剤水溶液の発泡性や物性の温度依存性などによる実験上の困難さに起因すると考えられる。本研究の目的は界面活性剤水溶液が円柱周りの流れおよび平板上境界層流れに及ぼす影響を実験的・解析的に明らかにすることである。本年度の研究で以下の2つの問題が明らかにされた。(1)1,000<Re<7,000の領域において界面活性剤水溶液中の円柱の抗力測定、流れの可視化、数値シミュレーションを行った。その結果、1,000<Re<3,000の領域で界面活性剤水溶液中の円柱抗力は水の場合と比較し増加することが明らかとなった。そして、円柱直径が20mmの場合レイノルズ数が3000を越えると抵抗減少が生じ始める。また、抵抗が増加している領域では円柱周辺に広いよどみ領域が発生し、抗力が減少する領域では円柱後流幅が非常に狭くなることが判った.(2)界面活性剤水溶液中の平板上境界層内の速度分布を114000<Re<445000の領域で測定した。その結果、界面活性剤水溶液では層流域での境界層厚さが非常に厚くなること、抗力係数が増加することが明らかになった。また、界面活性剤水溶液の形状係数のレイノルズ数に対する変化は水道水と比較して非常に小さいことが判った。

The resistance reduction effect of ある kinds of <s:1> interfacial active agents turbulent flow in the pipe にお て て て を shows す. そ の resistance reducing working fruit は で largest about 80% に も な り, し か も resistance reducing working fruit に masato even し て い る と さ れ る new shape ミ セ ル れ は flow field の せ ん broken に よ り broken 壊 さ れ て も reversible に regeneration す る た め disappear, resistance to reduce working fruit が す る こ と は な い. よ っ て tonic solution を regional changes in temperature, interfacial activity room な ど の heat circulation system の media と し て use す る こ と で ポ ン プ power の な sharply lower reduction が expect で き る. こ れ ら resistance reducing working fruit の be turn は into み つ つ あ る が, そ の メ カ ニ ズ ム や complex 雑 な sticky 弾 sex 挙 move お よ び phase flow others に masato し て unknown な は い more. There is a scarcity of な research on the する relationship between the external flow である, the cylindrical flow れや, the laminar flow on the れや plate, the れ, and the interfacial active agent aqueous solution に. こ の こ と は interface active tonic water solution の 発 や property bubble sex の temperature dependency な ど に よ る be の 験 difficulties さ に cause す る と exam え ら れ る. Purpose this study の は interface active tonic water solution が column has drifted back towards &yen; weeks り の flow れ お よ び tablet on boundary laminar れ に and ぼ す influence を be 験 · parsing に Ming ら か に す る こ と で あ る. This year, the <s:1> research で of the following <s:1> 2 が で issues が Ming ら にされた にされた. (1) 1000 < Re < 7000 の field に お い て interface active tonic in aqueous solution, の column has drifted back towards &yen; の resistance measurement, flow れ の visualization, the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line っ た. そ の results, 1000 < Re < 3000 の field で interface active tonic in aqueous solution, の has drifted back towards &yen; water column resistance は の occasions と compare し raised plus す る こ と が Ming ら か と な っ た. そ し て, column has drifted back towards &yen; の が 20 mm diameter レ イ ノ ル ズ が 3000 を more え る と resistance reducing が beginning じ め る. ま た, resist が raised し て い る field で は column has drifted back towards &yen; weeks 辺 に hiroo い よ ど み field が 発 し, resistance が reduce す る field で は has drifted back towards &yen; column flow after が picture very に narrow く な る こ と が convicted っ た. (2) interfacial activity tonic in aqueous solution, の の velocity distribution in boundary layer on flat を 114000 < Re < 445000 で の field determination し た. そ の results, interfacial active tonic water solution で は layer basin で の boundary layer thickness さ が very thick に く な る こ と and resistance coefficient が raised す る こ と が Ming ら か に な っ た. ま た, interfacial active tonic water solution の shape factor の レ イ ノ ル ズ number に す seaborne る variations change は water と compare し て very small に さ い こ と が convicted っ た.

项目成果

小佐野芳寿, 小方 聡, 渡辺敬三: "界面活性剤水溶液中の円柱周りの流れ(抵抗減少効果の初生)"日本機械学会2003年度年次大会講演論文集. (発表予定). (2003)

Yoshihisa Osano、Satoshi Ogata、Keizo Watanabe：“在表面活性剂水溶液中围绕圆柱体流动（阻力降低效应的启动）”日本机械工程师学会 2003 年年会论文集（待发表）。

小方 聡, 渡辺敬三: "界面活性剤水溶液中の円柱の抵抗減少効果に関する研究"日本機械学会論文集. 69巻687号B編. 2424-2430 (2003)

Satoshi Ogata、Keizo Watanabe：“表面活性剂水溶液中气缸的阻力降低效果的研究”，日本机械工程师学会会刊，第 69 卷，第 687 期，B 版（2003 年）。

Satoshi OGATA, Keizo WATANABE, Yoshihisa OSANO: "Drag of a Circular Cylinder in Surfactant Solutions at Intermediate Reynolds Number Range"Proc. of Flows in Manufacturing Processes, JSME/ASME Joint Fluids Engineering Meeting FEDSM 2003. (発表予定). (2003)

Satoshi OGATA、Keizo WATANABE、Yoshihisa OSANO：“中间雷诺数范围内表面活性剂溶液中的圆缸阻力”制造过程中的流动过程，JSME/ASME 联合流体工程会议 FEDSM 2003。（即将提交）。 ）