2003 Fiscal Year Annual Research Report

旋回流およびベンド内流場での界面活性剤による抵抗低減効果とその流れ構造の解明

Research Project

Project/Area Number	14750121
Research Institution	Kumamoto University
Principal Investigator	宗像瑞恵熊本大学, 工学部, 助手 (30264279)
Keywords	非ニュートン流体 / 抵抗低減 / 旋回流れ / ベンド内流れ / 界面活性剤 / 粘弾性流体 / PIV / LDV
Research Abstract	界面活性剤添加による抵抗低減効果のある旋回流において,その水溶液の非ニュートン性と旋回流れの流動特性について調査した.界面活性剤水溶液の非ニュートン性は円錐平板式の回転粘度計により計測し,そのレオロジー特性をべき乗則に基づいて表した.べき乗数nや構造粘度指数kとあるバルク速度(1m/s)における抵抗低減効果の関係は,約50%までは強い関係は見られないが,nとkがある閾値を境に50%以上の抵抗低減率が得られた.また,50%以上の抵抗低減効果を示す場合,LDV計測により得られた速度分布より,円管入口の上流側から強制渦が観擦され,溶媒(水)の場合に比べて高スワール数で強制渦を形成することが明らかになった.旋回強さ(スワール数)の減衰特性は指数減衰則に従うが,渦タイプによって減衰勾配が異なり,同じ渦タイプ同士で比較すると,界面活性剤水溶液におけるスワール数の減衰勾配は溶媒の場合に比べで小さく,ランキンの組み合わせ渦では抵抗低減率が大きいほど減衰しにくいことが分かった.一方,強制渦の減衰特性は,軸方向速度分布のコア部が放物線状に尖っていく過程と平坦になっていく過程の二つに別けられ,その減衰勾配は前者の方が大きいが,前者は抵抗低減率が大きいほど減衰勾配は大きいが,後者はその逆の現象が観察された. 正方形断面を有する90°ベンド内流れにおける界面活性剤水溶液の流れ構造を明らかにするために,スキャニングPIV(Particle Image Velocimetry)により,バルク速度2m/sにおける曲がり部の三次元2方向成分の流れ場の計測を行った.界面活性剤による抵抗低減効果が得られる場合,溶媒(水)の流れ場に比べて圧力勾配の影響を受け始める位置が上流側に移動し,45°以下の曲がり部では二次流れ成分は溶楳の場合よりも大きい.しかし,それより下流では大幅に減少し,結果として曲がり部での二次流れのエネルギーは溶媒よりも小さくなることを示した.

Research Products

(6 results)

All Other

All Publications (6 results)

[Publications] Munekata, M., Matsuzaki, K., OHBA, H.: "A Study on Viscoelastic Fluid Flow in a Square-Section 90 Degrees Bend"Journal of Thermal Science. Vol.12 No.4. 337-343 (2003)
[Publications] Munekata, M., Matsuzaki, K., OHBA, H.: "Vortex Motion in a Swirling Flow of Surfactant Solution with Drag Reduction in a Pipe"Proceedings of the 4th ASME/JSME Joint Fluids Engineerings Conference. FEDSM2003. 45771 (2003)
[Publications] Munekata, M., Matsuzaki, K., OHBA, H.: "A Study on Viscoelastic Fluid Flow in a Square-Section 90 Degrees Bend"Proceedings of the 6th International Symposium on Experimental and Computational Aerothermodynamics of Internal Flows. Vol.1. 203-208 (2003)
[Publications] 宗像瑞恵, 吉浦亨, 松崎和愛, 大庭英樹: "界面活性剤水溶液の正方形断面を有する90°ベンド内流れの流動特性"第81期日本機械学会流体工学部門講演会論文集. No.03-16. 177 (2003)
[Publications] 山川博充, 宗像瑞恵, 松崎和愛, 大庭英樹: "界面活性水溶液の90°ベンド内流れにおける抵抗低減効果と流動特性"日本機械学会九州支部講演論文集. No.048-1. 223-224 (2004)
[Publications] 松尾健一郎, 高木秀文, 大庭英樹, 宗像瑞恵, 松崎和愛: "管内旋回流場の渦の形態および渦運動の制御に関する研究"日本機械学会第35回九州学生会卒業研究発表講演会論文集. 313-314 (2004)

2003 Fiscal Year Annual Research Report

旋回流およびベンド内流場での界面活性剤による抵抗低減効果とその流れ構造の解明

Principal Investigator

宗像 瑞恵 熊本大学, 工学部, 助手 (30264279)

Research Products

[Publications] Munekata, M., Matsuzaki, K., OHBA, H.: "A Study on Viscoelastic Fluid Flow in a Square-Section 90 Degrees Bend"Journal of Thermal Science. Vol.12 No.4. 337-343 (2003)

[Publications] Munekata, M., Matsuzaki, K., OHBA, H.: "Vortex Motion in a Swirling Flow of Surfactant Solution with Drag Reduction in a Pipe"Proceedings of the 4th ASME/JSME Joint Fluids Engineerings Conference. FEDSM2003. 45771 (2003)

[Publications] Munekata, M., Matsuzaki, K., OHBA, H.: "A Study on Viscoelastic Fluid Flow in a Square-Section 90 Degrees Bend"Proceedings of the 6th International Symposium on Experimental and Computational Aerothermodynamics of Internal Flows. Vol.1. 203-208 (2003)

[Publications] 宗像瑞恵, 吉浦 亨, 松崎和愛, 大庭英樹: "界面活性剤水溶液の正方形断面を有する90°ベンド内流れの流動特性"第81期日本機械学会流体工学部門講演会論文集. No.03-16. 177 (2003)

[Publications] 山川博充, 宗像瑞恵, 松崎和愛, 大庭英樹: "界面活性水溶液の90°ベンド内流れにおける抵抗低減効果と流動特性"日本機械学会九州支部講演論文集. No.048-1. 223-224 (2004)

[Publications] 松尾健一郎, 高木秀文, 大庭英樹, 宗像瑞恵, 松崎和愛: "管内旋回流場の渦の形態および渦運動の制御に関する研究"日本機械学会 第35回九州学生会卒業研究発表講演会論文集. 313-314 (2004)

宗像瑞恵熊本大学, 工学部, 助手 (30264279)

[Publications] 宗像瑞恵, 吉浦亨, 松崎和愛, 大庭英樹: "界面活性剤水溶液の正方形断面を有する90°ベンド内流れの流動特性"第81期日本機械学会流体工学部門講演会論文集. No.03-16. 177 (2003)

[Publications] 松尾健一郎, 高木秀文, 大庭英樹, 宗像瑞恵, 松崎和愛: "管内旋回流場の渦の形態および渦運動の制御に関する研究"日本機械学会第35回九州学生会卒業研究発表講演会論文集. 313-314 (2004)