温度成層流中での物質拡散予測は精度よく行われているか?-従来の拡散モデルの欠陥の実証と新モデルの開発ー

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11750165
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 長田 孝二 京都大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50274501)
• Keywords: 乱流 / 温度成層 / 物質移動 / 熱移動 / 乱流拡散モデル

Research Abstract

本年度は、温度成層流中でのアクティブスカラとパッシブスカラの乱流拡散の違いを明らかにすることを目的として室内実験を行った。流動場として混合層流型の格子乱流場を用い、上下層流の水温を変えることによって安定温度成層を形成させた。この乱流場に蛍光物質ラウニンをプルーム状に供給し乱流拡散させた。この場合、アクティブスカラが熱、パッシブスカラとウラニンとなる。瞬間速度の測定にはレーザドップラ流速計を、瞬間濃度の測定にはレーザ蛍光法を、瞬間温度の測定には抵抗線温度計を用い、速度・濃度・温度の瞬間同時測定を行った。得られた各瞬間値を統計処理することにより各変動強度や熱および物質に対する乱流フラックス、乱流拡散係数を求め、それらに及ぼす安定温度成層の効果を明らかにした。その結果、従来から仮定されてきたようにアクティブスカラとパッシブスカラに対する乱流拡散係数は同じ値ではなく、温度成層流中では大きく異なる値を持つことが明らかになった。また、その違いが、アクティブスカラとパッシブスカラがどの程度相関を持つかに依存することがわかった。今後、乱流拡散係数に基づく新たな数値モデルを構築し、そのモデルを用いて温度成層流中での熱と物質の拡散予測を精度よく行うための計算コードの開発を行う。なお、温度成層乱流場に関しては、クロージャモデルの開発を終了しており、次年度はこれにパッシプスカラの拡散モデルを取り込む予定である。

Research Products

• [Publications] 長田孝二,小森 悟: "DNAによる強い安定成層下でのアクティブスカラとパッシブスカラの乱流拡散の違いの評価"日本機械学会論文集(B編). 65巻638号. 3439-3446 (2000)
• [Publications] K.Nagata and S.Komori: "The Effects of Unstable-Stratification and Shear on a Rapid Reaction in Grid Turbulence"Journal of Fluid Mechanics. 408. 39-52 (2000)
• [Publications] Y.Wang,K.Nagata and S.Komori: "A Second-Moment Closure Model for Strongly Stably-Stratified Grid Turbulence"AIAA Journal. (受理). (2000)