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Study on the dissipation mechanism and chemical reaction phenomena of high Schmidt number scalars near the turbulent/non-turbulent interfacial layer

湍流/非湍流界面层附近高施密特数标量的耗散机理及化学反应现象研究

基本信息

批准号：
22K03937
负责人：
酒井康彦
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Nagoya Industrial Science Research Institute
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は，乱流／非乱流界面近傍での高シュミット数スカラ量（本研究では具体的なスカラ量として液相中の物質濃度を扱う）の散逸機構と化学反応現象を実験と数値計算により解明し,その結果に基づき，乱流／非乱流界面を含む複雑乱流場に対応できる簡易で汎用性のある確率密度関数法(PDF法:Probability Density Function Method)用のスカラ分子混合モデルを発展させることを目的とする．実験では，申請者らが独自で開発した世界最高分解能の光ファイバ型濃度計測プローブを使用する．また，数値計算ではラグランジュ粒子法や直接数値シミュレーション法によりスカラ分子混合モデルの高精度化を目指している．上記濃度計測プローブは点計測用であるため，乱流／非乱流界面近傍の濃度分布を計測するには，平均流が必要となる．そこで本年度は，まず周囲流（主流）を持つ軸対称乱流噴流場を生成するための実験装置の製作を行った．具体的には，水槽内にダクトを設置し，その中で一様流と噴流を同時に流すことができる装置を製作した．噴流出口から異なる下流位置でＰＩＶによる速度場計測を行うことで，製作した実験水路内には，自己相似的な乱流噴流場が生成されていることが確認できた．また，高シュミット数（3000程度）の蛍光染料を噴流に混ぜ，染料濃度の計測を上記濃度計測プローブで行うことで，濃度場についても自己相似的となっていることを確認した．さらに，生成した噴流において，乱流と非乱流を高頻度で検出する位置において乱流／非乱流界面の瞬時濃度の計測を行った．取得したデータについては現在解析中である．上記実験に加え，異なるシュミット数のスカラを含む軸対称乱流噴流場の直接数値シミュレーションを行った．その結果，スカラ濃度変動パワースペクトルには，乱流の減衰性が影響を及ぼすことが明らかとなった．

In this study, the numerical calculation of the dispersion mechanism and chemical reaction phenomena near turbulent/nonturbulent interfaces (in this study, the specific concentration of substances in the liquid phase) was carried out. The results showed that the dispersion mechanism and chemical reaction phenomena near turbulent/nonturbulent interfaces included complex turbulent potential flow. The simple and universal accuracy Density correlation method (PDF method) was used to develop the dispersion mechanism by molecular mixing Method. In this regard, the applicant has developed the world's highest resolution optical concentration meter alone. The numerical value calculation method includes particle method, direct numerical value calculation method, molecular mixture calculation method and high precision calculation method. Note that concentration measurement is necessary for measurement of concentration distribution near turbulent/non-turbulent interfaces. This year, the production of the device was carried out for the generation of turbulent jet flow (mainstream). Specifically, the water tank inside the water tank is set up, and a flow and jet flow are simultaneously produced. The velocity field measurement of the jet outlet is carried out at different downstream positions, and similar turbulent jet potential flow is generated in the water channel. High number of fluorescent dyes (about 3000) are mixed in the jet, and the concentration of dye is measured. The concentration field is similar to that of the dye. In this case, the instantaneous concentration measurement of turbulent/non-turbulent interface is performed at the location where the jet is generated, turbulence and non-turbulence are detected with high frequency. Get the file to be resolved. Note that the number of different types of jet flow is different from the number of direct jet flow. The result is that the concentration of the particles changes and the attenuation of the particles decreases.