乱流から層流に至る遷移メカニズムの解明

阐明从湍流到层流的过渡机制

基本信息

批准号：
17760152
负责人：
黒瀬良一
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Kyoto University (2006)Central Research Institute of Electric Power Industry (2005)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760152/
关键词：
乱流層流遷移直接数値シミュレーション微小粒子

项目摘要

乱流が層流へと遷移する現象は、様々な実用機器で利用されている固体吸着剤や触媒などハニカム形状をした充填層内の流れに加え、マイクロリアクターや多種にわたるMEMS装置内の流れにも多く見られるため、そのメカニズムを解明することは、これらの設計および操作条件の選定を行う上で極めて重要である。本研究では、高精度の三次元直接数値シミュレーション(Direct Numerical Simulation, DNS)法をチャネルおよび円筒内流れに適用することにより、流れが乱流から層流に至る遷移メカニズムを解、明することを第一の目的とする。また、この流れ場中に微小粒子を投入することにより、乱流-層流遷移過程における微小粒子の挙動(特にその壁面への付着特性)を詳細に検討する。平成18年度は、平成17年度に開発した三次元直接数値シミュレーション(Direct numerical simulation, DNS)法を、流れが乱流から層流に至る遷移現象を伴うチャネル内流れに適用することにより、その中に投入された微小粒子の挙動を詳細に検討した。この結果、乱流から層流に至る遷移挙動が粒子の運動に強く影響を及ぼすことがわかった。具体的に明らかになった内容は以下の通りである。(1)入口部における乱流は粒子の壁面への付着を促進し、その影響は、粒径が大きな粒子ほど慣性の影響によって顕著になる。(2)乱流-層流遷移は角柱管の四隅付近から進むため、下流域における粒子付着はこの四隅領域を除いた壁面に集中する。(3)以上のような微小粒子の挙動は、脱硝触媒の劣化に多大な影響を及ぼすことが示唆される。

在蜂窝状的填充床中通常会出现湍流过渡到层流流的现象，例如在各种实用设备中使用的固体吸附剂和催化剂，以及微反应器和各种MEMS设备的流中。在选择这些设计和操作条件时，阐明这些过程的机制非常重要。这项研究的主要目的是通过将高精度直接数值模拟（DNS）方法应用于通道和interacelinder流量来解决和阐明从湍流到层流流的过渡机制。此外，通过将细颗粒注入该流场中，将详细检查细颗粒的行为（尤其是在湍流线中流动过渡过程中的粘附特性）的行为。在2006年，我们应用了2005年开发的三维直接数值模拟（DNS）方法，以详细检查了流动从湍流到层流的过渡现象，并详细检查了流向层流流向层流流动的流动。结果，发现从湍流到层流的过渡行为强烈影响粒子运动。揭示的具体细节如下：（1）入口处的湍流促进了颗粒对壁表面的粘附，并且由于惯性对较大的粒径的影响而引人注目。（2）由于湍流的线中流动转变从方棱镜管的四个角附近发展，因此下游区域的粒子粘附集中在壁表面上，不包括这四个角区域。（3）建议如上所述的微粒的行为对硝化催化剂的恶化有显着影响。