回転系での流体の渦構造と乱流制御

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08650080
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 柳瀬 眞一郎 岡山大学, 工学部, 助教授 (20135958)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高見 敏弘 岡山理科大学, 工学部, 教授 (40144886)
• Keywords: 乱流 / 制御 / 一様回転 / コリオリカ / 渦構造 / サイクロニック渦 / 渦層 / 剪断流

Research Abstract

平成9年度は研究の大きな進展があった。最初に研究代表者による数値的研究の進展を述べる。本年度中に、回転系における3次元直方体箱内の粘性流体を直接数値計算で解くための数値実験コードが完成し、比較的低いレイノズル数に対して数値計算を開始した。結果もいくらか得られるが、特に重要な点は低圧力領域で表された渦構造が回転速度を大きくするにつれて回転軸方向に平行方向に向かうようになることで、テイラー・プラウドマンの定理に対応すると思われる。高速回転する系での渦構造が低圧力領域で表現されることは非回転系の渦構造がそうであることから類推はされるが、実際に示したのは他にあまり例を見ない計算である。同時に、圧力のラプラシアンによる渦管の表現を試みたが、圧力そのものに比べると特に高速回転の場合、余りよく表現できないことが分かった。また、流線を3次元的に描いて渦管構造との比較を行った。以上の可視化作業は主にAVSシステムを用いて行った。次に、さらに高いレイノズル数の計算を行うために数値計算コードを4次精度化する作業を進めている。コードはスタガード格子を用いて、4次精度に対するスタガード格子の使用はこれまでいくらかの例はあるものの比較的新しい試みである。特に圧力のポアソン方程式を解く際に数値誤差が最小になるような工夫が施されている。最終段階の多重帯行列を解く計算で一つ難点が存在していてそれを乗り越えるため研究中である。次に、研究分担者による実験的研究の進展を述べる。上記の数値計算に対応する実験装置が完成した。装置はアクリル製の10cm×10cm×10cmの直方体形の箱で、これを回転装置の上に載せて一様回転させ、流れを測定する予定である。回転の一様性を保つための制御方法に工夫をし5%の範囲内で一様な回転が保たれるようにすることが可能となった。

Research Products

• [Publications] 西田和功・高見敏弘・柳瀬眞一郎: "旋回流れによる曲がり管内乱流の抵抗減少" 日本機械学会第1回流体工学部門ト-クイン. I-A3. (1997)
• [Publications] "Uniformly Sheared Turbulent Flow under the Effect of Solid-Body Rotation" Proceedings of 11th Symposium of Turbulent Shear Flows. vol.1. 1-7, 1-12 (1997)