希薄分散粒子群を含む衝突噴流の乱流輸送機構に関する研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650230
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 西野 耕一 横浜国立大学, 大学院工学研究科, 助教授 (90192690)
• Keywords: 乱流 / 混相流 / 熱伝達 / 衝突噴流 / 分散粒子群 / 画像計測 / 数値シミュレーション

Research Abstract

水を作動流体とする軸対称衝突噴流を用いて、希薄な分散粒子群がよどみ領域の乱流特性に与える影響を実験的に調べ、乱流輸送メカニズムの変化と粒子挙動、それらと伝熱促進との関係を実験的・数値的に明らかにした。以下に研究成果を具体的に示す。
(1) 粒子挙動の3次元計測:2台のテレビカメラを用いるステレオ画像計測技術を適用して、ノズルより希薄に注入されたガラスビーズ(粒径=0.8、1.0、1.2、1.4mm、比重2.6)の軌跡を時系列ラグラジアン計測した。収得されたデータより、オイラー平均量(粒子平均速度、粒子速度変動)、粒子平均速度のスリップ速度、平均軌跡、平均軌跡からの拡散、速度変動のラグラジアン自己相関などを算出した。
(2) 粒子挙動の数値シュミレーション:希薄分散粒子相による連続相の変化を考慮しないとの(one-way coupling)仮定の下で、Lagrangian eddy-particle interactionモデルによる粒子挙動の数値シュミレーションを実施した。手法構築のため円管内乱流における液滴の管壁付着の予測を行った。次に衝突噴流場における粒子挙動の予測を行い、実験結果との良好な一致を見た。
(3) 伝熱促進の実験的検討:アルミニウム粒子、スチレン粒子、ガラス粒子を複数の重量割合(1、2、3%)で懸濁させ加熱衝突壁の伝熱促進割合を測定した。その結果、粒子緩和時間と粒子衝突割合との積によりよどみ領域の伝熱促進割合が整理できることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] 町田 E 明男、鳥居薫、西野耕一、遠藤良輔: "固液二相衝突噴流における固体粒子のラグランジュ的拳動に関する研究" 第34回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 1. 189-190 (1997)
• [Publications] マチダ.E アキオ,鳥居薫 西野耕一: "気液混相乱流における管内壁への液滴伝熱に関する研究" 第35回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 2. 495-496 (1998)
• [Publications] K.Nishino: "Application of PIV for Particle Sizing and Velocity Measurement of Two Phase Flow" Proc.YAYOI Symposium on Particle Imaging Velocimetry. 50-53 (1998)
• [Publications] E.A.Matida,K.Nishino,K.Torii: "Deposition of Particles on the Wall from Turbulent Dispersed Pipe Flow" Int.Journal of Heat and Fluid Flow. (投稿中).
• [Publications] E.A.Matida,K.Nishino,K.Torii: "Namerical Simulation of the Lagrangian Behavior of Solid Particles in Imping Liquid" Proc.Turbulence and Shear Flow Phenomena. (発表予定). (1999)
• [Publications] マチダ エドガー アキオ,西野耕一 鳥居薫: "軸対称衝突噴流における粒子のラグランジアン数値シミュレーション" 第35回日本伝熱シンポジウム講演論文集. (発表予定). (1999)