旋回流およびベンド内流場での界面活性剤による抵抗低減効果とその流れ構造の解明

阐明表面活性剂的减阻效果以及旋流中的流动结构和弯管中的流场

基本信息

批准号：
14750121
负责人：
宗像瑞恵
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Kumamoto 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

项目摘要

界面活性剤添加による抵抗低減効果のある旋回流において,その水溶液の非ニュートン性と旋回流れの流動特性について調査した.界面活性剤水溶液の非ニュートン性は円錐平板式の回転粘度計により計測し,そのレオロジー特性をべき乗則に基づいて表した.べき乗数nや構造粘度指数kとあるバルク速度(1m/s)における抵抗低減効果の関係は,約50%までは強い関係は見られないが,nとkがある閾値を境に50%以上の抵抗低減率が得られた.また,50%以上の抵抗低減効果を示す場合,LDV計測により得られた速度分布より,円管入口の上流側から強制渦が観擦され,溶媒(水)の場合に比べて高スワール数で強制渦を形成することが明らかになった.旋回強さ(スワール数)の減衰特性は指数減衰則に従うが,渦タイプによって減衰勾配が異なり,同じ渦タイプ同士で比較すると,界面活性剤水溶液におけるスワール数の減衰勾配は溶媒の場合に比べで小さく,ランキンの組み合わせ渦では抵抗低減率が大きいほど減衰しにくいことが分かった.一方,強制渦の減衰特性は,軸方向速度分布のコア部が放物線状に尖っていく過程と平坦になっていく過程の二つに別けられ,その減衰勾配は前者の方が大きいが,前者は抵抗低減率が大きいほど減衰勾配は大きいが,後者はその逆の現象が観察された.正方形断面を有する90°ベンド内流れにおける界面活性剤水溶液の流れ構造を明らかにするために,スキャニングPIV(Particle Image Velocimetry)により,バルク速度2m/sにおける曲がり部の三次元2方向成分の流れ場の計測を行った.界面活性剤による抵抗低減効果が得られる場合,溶媒(水)の流れ場に比べて圧力勾配の影響を受け始める位置が上流側に移動し,45°以下の曲がり部では二次流れ成分は溶楳の場合よりも大きい.しかし,それより下流では大幅に減少し,結果として曲がり部での二次流れのエネルギーは溶媒よりも小さくなることを示した.

在由于添加表面活性剂而引起的抗性降低效果时，我们研究了水溶液的非牛顿性质和旋流流的流动特性。使用锥形式旋转粘度计测量水性表面活性剂溶液的非牛顿性质，其流变特性根据功率定律表示。脆弱性N与结构粘度指数K与某个散装速度（1m/s）处的电阻降低效应之间的关系并不达到约50％，但在一定阈值下获得了50％或更高的电阻降低率。此外，当显示了50％或以上的电阻降低效果时，通过LDV测量获得的速度分布表明，从圆管的入口的上游侧观察到强制涡流，而在溶剂（水中）比以较高的旋转数量形成的强制涡旋。旋转强度阻尼特性（旋转数）遵循指数阻尼定律，但阻尼梯度取决于涡流类型的不同，并且在比较相同的涡流类型时，发现表面活性溶液中旋转溶液中旋转数的阻尼梯度与溶解液相比较小的溶解率和等级的组合速率较小，而等级的组合速率则是等级的组合率衰减。另一方面，强制涡流的阻尼特性可以分为两个过程：抛物线锐化和轴向速度分布的变平过程。前者的阻尼梯度较大，但是前者的电阻降低速度越高，阻尼梯度越大，而后者观察到了相反的现象。为了阐明具有平方横截面的90°弯曲流动中表面活性剂水溶液的流量结构，测量了使用图像速度计的扫描PIV（粒子），测量了2 m/s的散装速度下弯曲部分的三维双向组件的流场。当获得表面活性剂的电阻降低效应时，压力梯度开始受到溶剂（水）流场的影响，在45°以下的弯曲部分时，二级流量分量大于浸出的部分。但是，流场在下游显着降低，因此，弯曲部分的二次流量小于溶剂的能量。