剪断流中を自由に回転、移流する粒子による乱流生成機構に関する実験的研究

Research Project

Project/Area Number	10875097
Research Category	Grant-in-Aid for Exploratory Research
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	水工水理学
Research Institution	Hokkaido University
Principal Investigator	森明巨北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00001339)
Project Period (FY)	1998 – 2000
Project Status	Completed (Fiscal Year 2000)
Budget Amount *help	¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000) Fiscal Year 2000: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000) Fiscal Year 1999: ¥400,000 (Direct Cost: ¥400,000) Fiscal Year 1998: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Keywords	剪断流 / 乱流生成 / 浮遊砂 / 混相流 / 回転 / 粒子 / 境界層流水 / 回転剪断流 / 浮遊粒子 / 後流 / 移流 / 境界層流れ
Research Abstract	剪断流中を回転流下する粒子による乱流変調の基本型は、単一粒子前後のA,B-flowによって上下流体に作用して誘導される大スケール組織構造である. 上層あるいは下層から引き出された流体が擾乱形成のエネルギー源になり、強度はこの流体の渦度と供給量に依存する.発生頻度は、剪断流の安定性、供給後の剪断流の回復能に依存し、境界層は不安定、循環剪断流は安定である.剪断レイノルズ数R_Δ=100-200のとき最も活発な擾乱の発生が見られた. この作用により、基本的には流速分布は一様化し、速度勾配が減少してR_Δおよび回転効果が減少することになる.これには次の3つのパターンが見られた.(1)循環剪断流の活発域R_Δ=100-200では、R_Δ→減で、安定化.(2)循環剪断流の不活発域R_Δ>300では、R_Δの変化は小さい.(3)粗面境界層では、強化A,B-flow効果によりR_Δの減少は小さい. 2粒子が接近するとこれらが作る流れの間に、粒子間距離に応じた相互作用が起こる.(1)粒子中心点間距離が2〜6dのときbubble-Cが形成される.粗面では、bubble-C内を含めてR_Δの減少が小さく、両粒子からi-burstが発生し、2つのburstは合体する.この前後で、粒子速度が変化して粒子間距離が縮まる.(2)2d程度のときbubble-Cは押し出されて、bubble-A型の流れを作り、i-burstのように上昇していく.粒子は接触、停止する.