平面衝突噴流よどみ域における三次元渦構造と熱輸送の制御に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10750140
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 榊原 潤 筑波大学, 機能工学系, 講師 (10292533)
• Keywords: 噴流 / 乱流制御 / 伝熱制御 / PIV / 衝突噴流

Research Abstract

当該年度においては、噴流ノズル部に擾乱付加機構を設け、噴流の制御を実現した。ノズル出口部両内側にスパン方向に5mm間隔で矩形孔列を設け、各孔をビニルチューブを介して4台のスピーカに接続した。各スピーカに加える電圧に位相差を与えることで、スパン方向波長λ=30mm、時間位相差φの吸い込み・吹き出しによる擾乱を噴流の初期せん断層に与えた。噴流の擾乱周波数φ=1.0Hz,ストローハル数St=0.38とし、噴流レイノルズ数Re=2800とした。可視化された流動場を2台のCCDカメラで撮影してステレオ画像処理流速測定システムにより速度三成分の時系列計測を行った。
壁面近傍には渦対構造が発生し、渦度強度はy/B=0.2付近で極大を持つ。渦度強度は励起状態の値が非励起状態のそれを上回っており、さらに位相差φの上昇に伴って渦度強度が増加し、位相差φ=180゜で最大となる。φを変化させることで壁面近傍の渦度強度を制御することが可能となった。
自由噴流領域における噴流せん断の渦度絶対値等値面を可視化した。φ=0では、スパン方向に平行なせん断渦が存在し、その形状はスパン方向にほぼ一様である。φ=135゜ではせん断渦に加えて流れ方向にほぼ平行な縦渦(リブ)構造が発生する。φ=180゜ではせん断渦と縦渦が連なり全く新しいフェンス状の構造が出現する。
衝突面温度分布を計測するために感温液晶粒子による壁面温度計測法の開発を行った。RGBフィルターを取り付けた3台のカメラで感温液晶による回折光を異なる角度から観測して色情報を取得し、色と温度の校正関数を得た。観測角度を最適化することで温度測定可能域を拡大できることが明らかとなった。

Research Products

• [Publications] 安斉友国,榊原 潤: "平面衝突噴流の渦構造の制御"日本機械学会熱工学講演会講演論文集. 101-102 (1999)
• [Publications] J.SAKAKIBAR,T.ANZAI: "VORTEX STRUCTURE OF A PLANE IMPINGING JET WITH SPANWISE PERIODIC FORCING"BULLETIN OF THE AMERICAN PHYSICAL SOCIETY. Vol.44,No.8. 155-155 (1999)