2000 Fiscal Year Annual Research Report
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09640494
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| Research Institution | DOSHISHA UNIVERSITY |
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Principal Investigator |
水島 二郎 同志社大学, 工学部, 教授 (70102027)
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| Keywords | 急拡大管路 / 流れの不安定性 / 乱流への遷移 / 解の分岐 / ピッチフォーク分岐 / ホップ分岐 |
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| Research Abstract |
急拡大部をもつ対称流路流れの安定性、周期流およびカオスの発生、乱流への遷移について、数値シミュレーション・線形及び非線形安定性理論により理論的に調べ、流れの可視化及びレーザー・ドップラー流速計(LDV)を用いた流速測定により実験的に調べた。具体的には、いろいろなアスペクト比の急拡大部を持つ流路流れの安定性を調べ、対称性破壊および対称性回復のピッチフォーク分岐に対する臨界レイノルズ数を求めた。特に、急拡大部のアスペクト比が解の分岐に及ぼす影響を評価した。また、ピッチフォーク分岐とホップ分岐の入れ替わる臨界アスペクト比を求めた。さらに、流れの不安定性により流れのパターンが変化したときに管路内の圧力分布がどのような影響を受けるか詳しく調べた。流れが振動流となるときの不安定性の機構は衝撃自由剪断流不安定性に起因することを示した。出口部(流出部)を2個もつ流路流れについても同様な研究を行い、流量制御や流れの中に発生する振動制御への応用について研究を行った。急拡大部をもつ流路の特別な場合として対称な急拡大管流れの遷移を調べたところこの流れは不完全ピッチフォーク分岐となることが分かった。この不完全性の原因として、対称な管路に含まれているわずかな誤差が流れの分岐構造を大きく変えることを証明するために弱非線形安定性理論を定式化し、この流れに適用し、弱非線形安定性理論はこの不完全ピッチフォーク分岐を定性的のみならず定量的にも説明できることが分かった。管路が有限幅である影響として、流れの3次元性が急拡大管流れの遷移にどのように影響するかを3次元流れの数値シミュレーションにより調べた。その結果、ピッチフォーク分岐を生じる臨界レイノルズ数は管路幅の逆数に比例して大きくなることが分かった。
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[Publications] Keisuke Araki: "The nonaxisymmetric instability of the wide-gap spherical Couette flow"Physics of Fluids. 9. 1197-1199 (1997)
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[Publications] Jiro Mizushima: "Onset of 3D thermal convection in a cubic cavity"Journal of the Physical Society of Japan. 66. 2337-2341 (1997)
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[Publications] Jiro Mizushima: "Resonant interactions of Dean vortices in a curved channel flow"Journal of the Physical Society of Japan. 67. 130-139 (1998)
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[Publications] 水島二郎: "急拡大・急縮小流路流れの流体力学的特性"日本機械学会論文集(B編). 64. 2491-2498 (1998)
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[Publications] Jiro Mizushima: "Transitions and instabilities of flow in a symmetric channel with a suddenly expanded and contracted part"Turbulence and Shear Flow-1. 1. 977-982 (1999)
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[Publications] Jiro Mizushima: "Transitions of flow in a distributor cavity with one inlet and two outlets"Journal of the Physical Society of Japan. 68. 3514-3519 (1999)
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[Publications] Jiro Mizushima: "Transitions of flow past a row of square bars"Journal of Fluid Mechanics. 405. 305-323 (2000)
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[Publications] Jiro Mizushima: "A route to the single-cell convection in a tilted rectangular cavity"Journal of the Physical Society of Japan. 69. 2371-2374 (2000)
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[Publications] Jiro Mizushima: "Transitions of flow in a symmetric channel with an expanded part"Proc.FEDSM 2000 (CDROM). 2000-11323. 1-4 (2000)
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[Publications] Jiro Mizushima: "Structural instability of the bifurcation diagram for two-dimensional flow in a channel with a sudden expansion"Journal of Fluid Mechanics. 420. 131-145 (2000)
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[Publications] Jiro Mizushima: "Exchange of stability modes for natural convection in a narrow horizontal annulus"Physics of Fluids. 13. 99-106 (2001)
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[Publications] Jiro Mizushima: "Transitions and instabilities of flow in a symmetric channel with a suddenly expanded and contracted part"Journal of Fluid Mechanics. (in print). 1-17 (2001)
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[Publications] 日本流体力学会: "流体力学ハンドブック(第7章)"丸善株式会社. 1294 (1998)
