爆発で生成される渦輪の安定性と物質輸送に関する実験的研究

• Project/Area Number: 09874084
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 物理学一般
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 渡辺 慎介 横浜国立大学, 工学部, 教授 (60017936)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石渡 信吾 横浜国立大学, 工学部, 助手 (10223041)
• Project Period (FY): 1997
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1997)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 1997: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
• Keywords: 水中渦輪 / 高Reynolds数渦輪 / 物質輸送 / 渦度の減衰

Research Abstract

第1の課題は、水中Exploding Wireと呼ばれる爆発現象で作られ渦輪による物質輸送の実験である。水中を伝播する安定な高レイノルズ数渦輪による効率的な高速物質輸送を確認した。100μFのコンデンサを1.5kVから2.5kVに充電してから、直径0.2mmのW線に印加ことにより、Exploding Wireの爆発を起こし、渦輪を励起した。長さ2m、奥行き0.5m、水深0.45mの水槽中の一端で励起される渦輪に、流体の可視化に用いるダイアイオンを混入し、渦輪によるダイアイオンの輸送を観測した。渦輪発生装置の近傍では渦輪に巻き込まれないダイアイオンが多数存在するため、その領域での測定は除外し、渦輪発生器の0.4mから1.3mまでのあいだで測定を行った。印加電圧が1.5kVから2.5kVまで変化するとき、渦輪の初期速度は4.63m/sから6.40m/sまで増加する。Reynolds数は(1.13〜1.57)×10^5の程度である。このようなReynolds数領域における実験から、渦輪発生器から0.4mの位置で渦輪に取り込まれているダイアイオンの約40%が1.3mまで到達している。渦輪から離脱するダイアイオンの量は指数関数的に減少することから、数m、あるいはそれ以上の距離まで渦輪による効率的な物質輸送が可能であることが予想される。この実験に関する論文は現在執筆中である。
第2の課題である、渦輪の安定性については現在実験が進行中である。直線型の渦輪発生装置により、これまで我々が行った10^5のオーダーのReynolds数を越える領域での安定な渦輪の伝搬を目指している。すでに、新型の渦輪発生装置による実験が開始されているが、直線型の渦輪発生装置に適した水槽が短いため、今後水槽を改造して実験する必要に迫られている。