1992 Fiscal Year Annual Research Report
噴流中の三次元構造の発生・成長機構および制御に関する研究
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04650158
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| Research Institution | Hokkaido Institute of Technology |
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Principal Investigator |
豊田 国昭 北海道工業大学, 工学部, 教授 (50048039)
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| Keywords | 噴流 / 渦 / 励起 / 乱流 / 制御 / 圧力変動 / 三次元構造 / 位相平均 |
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| Research Abstract |
本研究が対象とする円形噴流について、レイノルズ数(1.3〜5.2)×10^4の範囲で噴流境界付近の不安定周波数fnをスペクトル測定により調ベ、fn/2、fn/4、fn/8の周波数の励起により安定な渦構造が生成されることを確認した。オリフィス噴流について三次元不安定性の発生模様を平均速度分布および乱れ強さ分布を調ベた結果、円周方向不安定波数mの値は噴出口からの流れ方向距離により異なり、噴出口近傍では8,さらに下流では6,4,2と変化することが明らかになった。また、噴出口周囲に1〜2個の障害物を取り付けて強制的に三次元攪乱を与え渦構造の三次元変形挙動を平均速度分布より推測した結果、三次元変形した渦構造は自己誘起速度場と上述の三次元不安定性の効果により変形し、平均速度場の挙動に著しい影響を及ぼすことが明らかになった。円形ノズルの噴出口周囲に波形状の等間隔三次元攪乱(m=4,6)を与えて、噴流の発達過程を平均速度場の測定により調べた結果、三次元攪乱は噴流拡散に著しい影響を与え、特にm=4の場合にはポテンシャルコア末端部付近の噴流断面積が増大することが認められた。これは、噴流のコラム不安定により生成された大規模渦構造の三次元不安定性はm=4で最も増幅されやすいことを示している。三次元渦構造り検出は、従来広く用いられている熱線風速計による測定では困難であり、本研究では圧力測定により行われた。測定では三次元渦構造を有する噴流の代表例として長方形噴流を用い、励起により安定化した渦構造を位相平均法により抽出し、その変形・干渉挙動を調べた。その結果、複雑な三次元渦構造の詳細が位相平均圧力および変動圧力強さの等高線図より明らかになり、この手法の有効性が確認された。なお、上述の実験およびデータ処理において、補助金により購入したパーソナルコンピーターおよびその付属品が有効に利用された。
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[Publications] 豊田 国昭: "流れと音の制御" 日本機会学会講習会『流れと騒音』教材. 920-30. 19-26 (1992)
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[Publications] K.Toyoda and F.Hussain: "Eduction of Vortical Structures in a Circular Jets by Pressure Measurements" Proc.5th Asian Congress of Fluid Mechanics. 1. 587-590 (1992)
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[Publications] Y.Shirahama and K.Toyoda: "Study on instability of a Turbulent Pipe Jet" Proc.5th Asian Congress of Fluid Mechanics. 1. 599-602 (1992)
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[Publications] K.Toyoda and Y.Shirahama: "Eduction of Vortical Structures by Pressure Measurements in Noncircular Jets" Proc.IUTAM Symposium“Eddy Structure Identification in Free Turbulent Shear Flows“. VLL2.1-2.7 (1992)
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[Publications] 豊田 国昭,白浜 芳朗: "非円形渦輪の可視化実験" 日本流体力学会誌. 11巻別冊. 217-221 (1992)
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[Publications] 豊田 国昭,岡本 忠士,白浜 芳朗: "変動圧力測定による非円形噴流中の渦構造の抽出" 日本機械学会北海道支部第33回講演会概要集. 922-1. 108-110 (1992)
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[Publications] 井上 良紀,木谷 勝,豊田 国昭 他: "乱れと波の非線形現象(担当:第9章 噴流中の渦構造の挙動)" 朝倉書店, 220 (1993)
