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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750121/
• 关键词: 非ニュートン流体; 抵抗低減; 旋回流れ; ベンド内流れ; 界面活性剤; 粘弾性流体; PIV; LDV

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.

Interfacial activity tonic add に よ る low resistance decrease working fruit の あ る spin reflux に お い て, そ の の non aqueous ニ ュ ー ト ン sex と spin reflux れ の flow characteristics に つ い て survey し た. Interfacial activity tonic の non aqueous ニ ュ ー ト ン sex は has drifted back towards &yen; cone plate type の back planning viscometer に よ り measuring し, そ の レ オ ロ ジ ー features を べ き 乗 is に base づ い て table し た. べ き 乗 number n や structural viscosity index k と あ る バ ル ク speed (1 m/s) に お け る low resistance decrease working fruit の masato は, about 50% ま で は strong い masato wearing は ら れ な い が, n と k が あ る threshold numerical を condition more than 50% に の resist low reduction rate が ら れ た. ま た, more than 50% の resistance low cut sharper fruit を す occasions, LDV measuring に よ り have ら れ た velocity distribution よ り, has drifted back towards &yen; tube inlet の upper side か ら forced vortex が 観 wipe さ れ, solvent (water) に の occasion than べ て high ス ワ ー ル number で forced vortex を form す る こ と が Ming ら か に Youdaoplaceholder0. Strong cycle さ (ス ワ ー ル) の damping characteristics は exponential damping is に 従 う が, vortex タ イ プ に よ っ て damping hook with が different な り, with じ vortex タ イ プ compared to "で す る と, interfacial activity tonic water solution に お け る ス ワ ー ル number の damping hook with は に solvent の occasion than べ で small さ く, ラ ン キ ン の group み close わ せ vortex で は low resistance reduction rate が き い ほ ど decreases Decline: にく にく とが とが score: った った. Side, forced vortex の は damping properties, axis velocity distribution の コ ア が put the department of linear に pointed っ て い く process と flat に な っ て い の く process two つ に don't け ら れ, そ の damping hook with は the former の party が big き い が, the former は low resistance reduction rate が き い ほ ど damping hook with は big き い が, the latter は そ の phenomenon of inverse の が 観 examine さ れ た. A square cross section を has す る 90 ° ベ ン ド internal flow れ に お け る interface active tonic water solution の stream れ を Ming ら か に す る た め に, ス キ ャ ニ ン グ PIV (Particle Image Velocimetry) に よ り, バ ル ク speed 2 m/s に お け る qu が り department の three yuan 2 direction component の の れ field measuring line を っ た. Interfacial activity tonic に よ る low resistance decrease fruit comes unseen が ら れ る occasions, solvent (water) の に れ field than べ て pressure hook with の を by beginning け め が high side に mobile し る position, under 45 ° の qu が り department で は secondary flow れ composition は soluble 楳 の occasions よ り も big き い. し か し, そ れ よ り obscene で は に substantially reduce し, results と し て qu が り department で の The secondary flow れ れ エネ エネ ギ ギ ギ <s:1> ギ とを solvent よ <s:1> <s:1> small さくなる とを とを shows た.

项目成果

Munekata, M., Matsuzaki, K., OHBA, H.: "A Study on Viscoelastic Fluid Flow in a Square-Section 90 Degrees Bend"Proceedings of the 6th International Symposium on Experimental and Computational Aerothermodynamics of Internal Flows. Vol.1. 203-208 (2003)

Munekata, M.、Matsuzaki, K.、OHBA, H.：“方形截面 90 度弯曲中的粘弹性流体流动研究”第六届国际内流实验和计算空气热力学研讨会论文集。

Munekata, M., Matsuzaki, K., OHBA, H.: "Vortex Motion in a Swirling Flow of Surfactant Solution with Drag Reduction in a Pipe"Proceedings of the 4th ASME/JSME Joint Fluids Engineerings Conference. FEDSM2003. 45771 (2003)

Munekata, M.、Matsuzaki, K.、OHBA, H.：“管道中减阻的表面活性剂溶液旋流中的涡流运动”第四届 ASME/JSME 联合流体工程会议论文集。

山川博充, 宗像瑞恵, 松崎和愛, 大庭英樹: "界面活性水溶液の90°ベンド内流れにおける抵抗低減効果と流動特性"日本機械学会九州支部講演論文集. No.048-1. 223-224 (2004)

Hiromitsu Yamakawa、Mizue Munakata、Kazua Matsuzaki、Hideki Ohba：“表面活性水溶液在 90° 弯中流动的阻力降低效果和流动特性”日本机械工程学会九州分会会议记录第 048-1 号。 223-224（2004）

松崎和愛, 宗像瑞恵, 大庭英樹: "粘弾性流体の正方ベンド内流れのLES"第16回数値流体力学シンポジウム講演要旨集. E27-3 (2002)

Kazua Matsuzaki、Mizue Munakata、Hideki Ohba：“粘弹性流体方形弯曲中的 LES”摘要，第 16 届计算流体动力学研讨会 E27-3（2002 年）。

松尾健一郎, 高木秀文, 大庭英樹, 宗像瑞恵, 松崎和愛: "管内旋回流場の渦の形態および渦運動の制御に関する研究"日本機械学会 第35回九州学生会卒業研究発表講演会論文集. 313-314 (2004)

松尾健一郎、高木秀文、大场英树、宗方瑞惠、松崎一亚：《管内旋流流场涡旋形态及其涡运动控制研究》第35届九州学生会毕业研究报告会论文集，日本学会机械工程师。313 -314 (2004)