格子ボルツマン法による界面活性物質の流体摩擦抵抗低減メカニズムの解明

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655072
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 蔦原 道久 神戸大学, 自然科学研究科, 教授 (10031139)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 片岡 武 神戸大学, 自然科学研究科, 助手 (20273758) ; 小川 和彦 神戸大学, 工学部, 助教授 (30252802) ; 東 恒雄 大阪市立大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40047329)
• Keywords: 流体抵抗低減 / 界面活性物質 / 格子ボルツマン法 / せん断流 / 数値流体力学

Research Abstract

差分格子ボルツマン法での計算では、層流計算において見かけ上の粘性係数が変化する現象のモデル構築に対する基礎的な知見を得た。2次元クエット流れに、界面活性剤の棒状ミセルのモデルとして、自由な変形を許すひも状の物体を導入し壁面に働く平均の剪断応力を求めた。それにより、平均の速度分布が壁面近くでより剪断が強くなり、剪断応力が増加する現象がみられた。一方、乱流の直接計算では2次元及び3次元等方正乱流のシミュレーションを行った。2次元計算ではエネルギースペクトルの-3乗則および3次元では-5/3乗側の成立する領域が存在することが確認できた。
実験では、水の場合にレイノルズ数Re=14000まで層流を維持できる管路の助走区間にリング状突起物を設置して強制的に乱れを与え,遷移の初期段階で断続的に発生しはじめる乱流塊の性質や挙動に及ぼす界面活性剤添加の影響を調べた.界面活性剤としてCH_3(CH_2)_<13>N(CH_3)_3Brを用いた.LDVと参照用熱線流速計により成長速度を測定した.その結果,(1)濃度250ppm以下では界面活性剤添加の影響は現れない,(2)250ppm以上では乱流塊が発生しはじめるReは濃度とともに増大するが,400ppmを越えると明確な乱流塊は発生しない,(3)300-400ppm水溶液では遷移初期に発生しはじめる乱流塊はスラグからパフに転化する,ことがわかった.

Research Products

• [Publications] Ho Keun Kang, Michihisa Tsutahara 他2名: "Computations of two-dimensional compressible waves by the finite difference Boltzmann method"The fifth JSME-KSME Fluids Engineering Conference, Nagoya. (CD-ROM). OS1-3 (2002)
• [Publications] Minoru Watari, Michihisa Tsutahara: "Thermal cavity flow of compressible Fluids, Numerical simulation by a newly proposed model of finite difference lattice Boltzmann method"The fifth JSME-KSME Fluids Engineering Conference, Nagoya. (CD-ROM). OS17-2 (2002)