| Research Abstract |
内側壁面が回転する環状流路は遠心分離機,ジャーナル軸受,回転機械にみられ,工業的に重要である.この流路では,軸方向の貫流によるせん断不安定に加えて,回転によるせん断不安定,周方向流線曲率による遠心力不安定,凹曲面上での貫流方向流線曲率による遠心力不安定といった複数の不安定流れ要因が同時に作用する.さらに実際の流れは乱流であり,軸方向に流路面積が変化する場合が多い.本研究は,この複数の不安定流れ要因が同時に作用する乱流場の挙動をLES(Large Eddy Simulation)とDNS(Direct Numerical Simulation)による数値解析と粒子画像流速計による速度場計測によって明らかにすることを目的とする.
実験では,出口部半径200mmの現有凹型,凸型流路に加え,新たに円錐型流路を作成した.これら3流路で,貫流レイノルズ数Re=1000,内側壁回転数の無次元数(テイラー数)Ta=0～6000と前年の最大値4000よりも高いTa数まで変化させて実験を行い,2時刻法での粒子画像流速計により時間平均速度,乱れ強度,レイノルズ応力を算出し,流路形状による流れ場の違いが計測された.
一般曲線座標系での2次精度差分法を用いた数値解析は,実験流路と幾何学的に相似な凹型・凸型・円錐型3流路に加え,二円筒流路でもRe=1000(一定),Ta=0～4000の条件で計算を行った.周方向の計算領域は45度,90度の2通りである.実験同様,流路形状により渦構造が変化する様子が観察された.さらに,流れ場を調べる1手段として,速度の周方向相互相関係数とパワースペクトルを計算し,Ta数および流路形状による流れ場の変化を調べた.
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