気泡流中における円柱周り境界層と気泡の干渉による剥離構造の変化

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650165
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 市川 保正 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (40134473)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松本 洋一郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (60111473)
• Keywords: 気泡流 / 剥離 / 乱流境界層 / 円柱 / 抗力 / ボイド率 / 圧力分布 / 可視化

Research Abstract

気泡流中における円柱周り境界層と気泡の干渉による剥離構造の変化を明らかにするために,計測システムの構築を行い,気泡の変形過程と圧力分布の変化の関係を明らかにした.計測システムは,境界層と気泡の相互作用を測定することが目的であるので,気泡の壁面近傍の通過時の壁面圧力変動を同時に測定する必要がある.このため,円柱表面近傍の可視化と圧力測定が可能な供試円柱を設計制作した.供試円柱は,外径30φの透明アクリル円筒を使用し,円筒のスパン方向中央部には圧力分布測定用の静圧孔を開け,水を充填した導圧管で圧力センサーまで圧力を導いている.円柱周り圧力分布は,円筒をステッピングモータで回転することにより0.72°毎に測定した.また,円筒表面の静圧孔の中心方向直下には鏡を45°の角度で設置し,静圧孔位置での気泡の映像が外部の高速度ビデオカメラで焦点を結ぶように光路を設定した.さらに,可視化領域に流脈線を流すために,可視化領域上流にインク注入口を設けた.この円柱を用いて,高速度ビデオカメラと接写リングにより円柱表面を望遠接写して気泡の挙動と流脈線を可視化した.また,圧力信号と気泡の運動を同時測定するために,撮影は信号制御用パソコンからのトリガー信号で開始した.実際の計測に当たっては,圧力・気泡形状・流脈線を平均流速(レイノルズ数)・ボイド率をパラメータにして計測した.まだ,解析途中であるが以下のことが明らかにされた.
気泡流では間欠的に流脈線の円柱表面に沿った回り込みが生じ,これが平均として層流剥離点を後方に移動させ,抗力の低減につながっている.また,間欠的な回り込み頻度はボイド率に依存して増大している.

Research Products

• [Publications] 市川保正、松本洋一郎: "円柱表面近傍の気泡の挙動"混相流シンポジウム'99講演論文集. 195-196 (1999)
• [Publications] Y, Ichikawa, Y. Matsumoto: "Bubble-Boundary Layer Interaition in Babbly Flow ******"ASME2000 Fluid Eenginecring Division, Boston. (2000)