粘弾性流体における弾性乱流特性に関する研究

弾性乱流の特徴と機構を把握するために、異なるタイプのチャンネル(直チャンネルと蛇行する正方形断面チャンネル)の中で弾性乱流の実験計測と数値計算を行い、弾性乱流の発達過程中流動の流れ場と粘弾性流体内にある高分子構造の弾性応力の分布データベースを蓄積する。これを基に、弾性乱流の特徴と物理機構を理解し、エネルギー伝達モデルを構築する。以下は現在まで弾性乱流数値のデータベースを基づいて主要な研究成果総括する。①蛇行する正方形断面チャンネル中の弾性乱流についてこのチャンネルで異なる流動条件下での流動の抵抗を計算し、弾性乱流の遷移条件(流動の中で弾性非線形と慣性非線形の相対強弱度)を確立する。遷移条件の下に、流動中に強い二次流れを形成されるので、摩擦抵抗と混合効率を急激な増進される。二つ平行な壁の間、特に大きな曲率を備えた壁の方で、二つの乱流強度のピークが近い壁地域で現れる。その壁の近くで高分子構造は大幅に伸張されて、それらの弛緩により新しい渦の構造は連続的に生成され、反対側に輸送され、この過程で乱流エネルギーは反対側に輸送される。②直チャンネル中の弾性乱流についてこの研究で初めて直チャンネル中の弾性乱流現象を獲得された。それは、粘弾性流体の流れの弾性が十分に高い限り、純粋に弾性不安定および弾性乱流が直線的なせん断流動によって引き起こされうることを示す。蛇行するチャンネルと似ている一部の結果を獲得した。蛇行するチャンネルでは流動の渦構造は主に曲線壁近くの領域内に存在し、曲線壁は弾性乱流の主なメカニズムである。それと違って、直チャンネルでは乱流は中心領域に強く、直壁近傍領域に高分子構造は強く延伸されても乱流が非常に弱い。そして直壁は弾性乱流の主なメカニズムである曲線流線をまっすぐにすることにより乱流を抑制することができる。

弾性乱流の特徴と機構を把握するために、異なるタイプのチャンネル(直チャンネルと蛇行する正方形断面チャンネル)の中で弾性乱流の実験計測と数値計算を行い、弾性乱流の発達過程中流動の流れ場と粘弾性流体内にある高分子構造の弾性応力の分布データベースを蓄積する。これを基に、弾性乱流の特徴と物理機構を理解し、エネルギー伝達モデルを構築する。以下は現在まで弾性乱流数値のデータベースを基づいて主要な研究成果総括する。①蛇行する正方形断面チャンネル中の弾性乱流についてこのチャンネルで異なる流動条件下での流動の抵抗を計算し、弾性乱流の遷移条件(流動の中で弾性非線形と慣性非線形の相対強弱度)を確立する。遷移条件の下に、流動中に強い二次流れを形成されるので、摩擦抵抗と混合効率を急激な増進される。二つ平行な壁の間、特に大きな曲率を備えた壁の方で、二つの乱流強度のピークが近い壁地域で現れる。その壁の近くで高分子構造は大幅に伸張されて、それらの弛緩により新しい渦の構造は連続的に生成され、反対側に輸送され、この過程で乱流エネルギーは反対側に輸送される。②直チャンネル中の弾性乱流についてこの研究で初めて直チャンネル中の弾性乱流現象を獲得された。それは、粘弾性流体の流れの弾性が十分に高い限り、純粋に弾性不安定および弾性乱流が直線的なせん断流動によって引き起こされうることを示す。蛇行するチャンネルと似ている一部の結果を獲得した。蛇行するチャンネルでは流動の渦構造は主に曲線壁近くの領域内に存在し、曲線壁は弾性乱流の主なメカニズムである。それと違って、直チャンネルでは乱流は中心領域に強く、直壁近傍領域に高分子構造は強く延伸されても乱流が非常に弱い。そして直壁は弾性乱流の主なメカニズムである曲線流線をまっすぐにすることにより乱流を抑制することができる。