2009 Fiscal Year Annual Research Report
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20760118
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
杉岡 健一 Tohoku University, 大学院・工学研究科, 助教 (80438233)
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| Keywords | Drag Force / Flow Structure around a rigid sphere / Oscillating flow / Numerical Simulation |
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| Research Abstract |
乱流中を粒子が拡散するという現象は、工業的な場面だけでなく、自然界でも非常に頻繁に見られる現象である。しかし、現在のところ、乱流中の粒子の拡散を正確に予測することができない。その原因の一つとして、単一の粒子の駆動力となる流体力が乱流中では詳細に明らかにされておらず、十分な精度で予測できないとこがあげられる。その原因としては、乱流の持つ速度変動み影響が考えられる。しかし、時間的に変動する一様な流れ場である脈動での流体力ですら、詳細に明らかにされていない。そこで、時間的に変動する流動場に置かれた粒子に働く流体力を明ちかにするため,単一粒子周りの流れ場および粒子に働く流体力を直接数値計算法により明らかにした。
周囲流に変動を伴う場合の粒子周りの流れに関する直接数値シミュレーションコードを杉岡・小森、機論(2005)、Sugioka & Komori, J.Fluid Mech.,(2007)を改良することで開発した。そのコードを用いて、流れの支配方程式を直接数値計算法を用いて、数値シミュレーションを行った。
周流に与えるとしては、単周期の正弦波的脈動を与えた。この正弦波の振幅および周期を変化させることで周囲流の変動が流体力に及ぼす影響を明らかにした。
その結果、粒子レイノルズ数が100以下ならば、粒子の運動方向への非常に大きな振幅・高周波変動であっても、従来の微小振幅・低周波変動での予測式が適用できることが分かった。一方、粒子レイノルズ数が300以上ならば粒子の後に現れる非定常たはく離渦が周囲流の変動の大きさ・周波数により変化し、従来法では十分な予測ができないことが分かった。
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