熱および運動量輸送の非相似性発現機構の解明とそのモデル化に関する研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455097
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 鈴木 健二郎 京都大学, 工学研究科, 教授 (00026064)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 稲岡 恭二 京都大学, 工学研究科, 助手 (60243052) ; 中部 主敬 京都大学, 工学研究科, 助教授 (80164268)
• Keywords: 対流熱伝達 / 乱流境界層 / 角柱(ブラフ・ボディ) / カルマン渦 / 非相似性 / 乱流制御 / 数値解析 / 非定常流

Research Abstract

1.実験的研究においては,前年度に引続き,(1)偏平柱,または(2)分離板を付設した柱角,をそれぞれ乱流境界層中に挿入する場合について検討を行った.その結果,本年度の実績として,以下のことが明らかとなった.(1)偏平柱の断面積を固定し,偏平度(厚さと流れ方向長さの比)をパラメータとして変更した場合,壁面摩擦係数が最大になる偏平度が存在すること,また,偏平度増大に伴う平板面熱伝達率低下の程度が極めて大きいため,壁面摩擦係数の大きさに関わらず,全体として相似性パラメータも低下することなどが分かった.(2)分離板を付設した角柱については,その背後に発生する非定常渦からの寄与を含んだ乱流信号にウェーブレット変換を施し,その変換結果実部の大きさを解析周波数を変更して観察することによって,カルマン渦的な周期的信号成分を抽出することができた.平板面近傍においてもカルマン渦の放出に関連する周期的な流対運動が生じ,それとともに非相似性の強化につながる要素運動(インタラクション運動)が発生することや,その要素運動の強度が時間的に変化し,その運動の周期性が保たれる時間帯とそれが判然としない時間帯とが交互に現われることなどが分かった.
2.数値解析的研究においては,前年度に作成した層流境界層の非定常熱流動計算コードを基にして,これにk-ε乱流モデルを組み込んだ乱流境界層用の計算コードを作成した。現在,その計算コードを使用して試計算を行っている段階であるが,これまでに以下のことが明らかとなった.(1)乱流場においても層流場と同様に,挿入した角柱の下流域において局所的かつ瞬間的な非相似性が周期的に発現する様子が認められた.(2)この非相似性の発現は層流場の場合と同様に,角柱背後でのカルマン渦発生を考慮してはじめて予測し得ることが分かった.

Research Products

• [Publications] 稲岡恭二: "偏平柱を挿入した乱流境界層における伝熱・流動特性" 第26回乱流シンポジウム講演論文集(日本流体力学会). 427-430 (1994)
• [Publications] 稲岡恭二: "スプリッタブレ-ド付き角柱を挿入した乱流境界層における熱流動特性" 第28回乱流シンポジウム講演論文集(日本流体力学会). 81-82 (1996)
• [Publications] 鈴木健二郎: "偏平柱を挿入した乱流境界層による熱伝達" 第31回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 835-837 (1994)
• [Publications] 鈴木健二郎: "角柱に付設したスプリッタプレートにおける乱流熱伝達の制御" 第31回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 838-840 (1994)