非定常首飾渦の時空間構造の動画像解析と制御に関する研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650196
• Research Institution: Tokuyama College of Technology
• Principal Investigator: 山田 英巳 徳山工業高等専門学校, 機械電気工学科, 教授 (00116766)
• Keywords: 首飾渦 / 時空間構造 / 可視化 / 画像処理

Research Abstract

本研究は、平面壁に十分長い円柱などの柱状物体が垂直に接合する流れ場において平面壁上に生成する首飾渦のパターンと渦強度のレイノルズ数に対する変化を、流れの可視化及びその画像解析により明らかにすることを目的としている。
実験装置の関係から、円柱直径を2種類、境界層厚さを3種類に変化させて、可能なレイノルズ数の範囲をRe=300〜2300として、生成する首飾渦パターンの分類を行った。本実験の場合、角柱の場合のように角柱と平板との接合部の先端位置に主渦と反対の回転を持つ渦は観察されなかった。そのため、首飾渦系は、角柱の場合のようにレイノルズ数の増加につれて、2、4、6渦系のように偶数で変化せず、レイノルズ数がRe=500程度以下では1渦系、Re=2000程度を越えると5渦系、Re=500〜2000程度の広範囲で3渦系となることが分かった。ただ、Re=500程度では境界層厚さおよび円柱直径の違いにより、1渦系と3渦系との臨界のレイノルズ数が若干異なっている。さらに、Re=2000程度になると流れが緩やかに変動し始めるため、3渦系と5渦系との臨界のレイノルズ数はさらに不鮮明となった。これは平壁面上の境界層の発達段階との関係が予測されるので、円柱をできる限り上流位置に固定してレイノルズ数を変化させることが必要である。渦強さの定量測定にはPIV計測が必須であるが、試みたトレーサ粒子ではスケールの小さな渦中に混入することが困難であった。したがって、良好な粒子画像を得るために、ライトシートとともにトレーサ粒子の再検討を行っている。