1998 Fiscal Year Annual Research Report
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09650207
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| Research Institution | Kanagawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
赤池 志郎 神奈川工科大学, 工学部, 学長 (50017919)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
根本 光正 神奈川工科大学, 工学部, 助手 (90085134)
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| Keywords | 境界層 / 許容粗さ / 粗さ要素 / 遷移領域 / 流体壁面摩擦抗力 |
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| Research Abstract |
一般に粗面壁の突起物の高さが層流底層の厚さより大きい場合に粗さの影響が現れるが、これまで研究代表者らは層流底層内であるくぼみ面(凹形状面)でも流れは粗面域することを明らかにした。その結果は、円形ボタン凸型の粗さ要素を並べた場合、粗さ要素の直径に対する要素中心間距離Lが常にL/S=2では、直径Sを変えても要素の中心を通る算術平均粗さは同一値になるが、粗さ要素の直径が小さくなると単位面積当たりの粗さ要素数増加による粗さ要素の全形状効力が増加して流れに対する管摩擦係数λは大きくなった。このことは円形ボタン凹型の粗さ要素でも同様の結果が得られた(11.研究発表に記載)。凹型の粗さ要素に対しては流路に単独および複数溝を施して、溝の深さの違いが流れの機構に及ぼす影響を調べた。溝の深さはk=1,5,10mmを取り上げ、溝1本の単独溝と溝4本の複数溝のそれぞれについて、境界層内速度分布を測定した。その結果、溝が深いと溝にぶつかる流れの一部は溝内部に入り込み渦を発生させるため下流壁近傍での乱れは少なくなり、溝が浅いと渦を作れずそのまま下流壁にあたり流出するのでその近傍で大きく乱れているようであり、溝内部に出入りする流れおよび溝内部の渦の大きさ、強さ、形状などが、その溝の直後にある壁面近傍の境界層に大きな影響を与え、これが流れを遷移させる原因になると思われる。壁面に突起がある場合は、突起の高さが高いほど、粘性底層を壊しやすくなり流れの粗面への遷移は早まるが、壁面に形状の粗さ要素がある本実験結果では、粗さ要素の深さが浅い方が遷移は早くなり、突起面と逆の傾向となった。従って、許容粗さを決定するには、粗さ要素の形状も考慮する必要がある。本実験範囲では以上の結果を得たが、今後、溝の幅sに対し、さらに深さkを大きくした場合(k/s>1)の流れや、溝内部の流れ、および溝下流側の壁面近傍の流れをさらに詳細に調べる必要がある。
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