2022 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation and kinetics construction of anomalous transport phenomena in Taylor vortex flow with polymeric fluids
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21K14450
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
増田 勇人 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 講師 (90781815)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 異常輸送 / 非平衡熱力学 / テイラー渦流 / 円錐型テイラー渦流 / 熱物質移動 / 非ニュートン流体 / プロセス強化 / 数値流体力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に引き続き，非平衡場においてテイラー・クエット流で観測される高速熱・物質移動現象（異常輸送）の機構解明と速度論の構築を行った。本年度は主に温度不均一場に着目し，遠心力と浮力が拮抗する条件下での揺らぎが引き起こす非定常な流動および熱・物質移動について，実験・数値解析の両面より検討した。流れ系については，通常の円筒型テイラー・クエット流に加え，円錐型も対象とした。
まず，実験において，軸方向に温度分布を与えた垂直型円筒テイラー・クエット流装置を作成し，様々なグリセリン水溶液濃度を用いて，レイノルズ数とグラスホフ数に基づく流動パターンのマップングを行った。また，多数の熱電対を埋め込み，多点での温度計測も行った。その結果，ある特定の条件においては周期的にテイラー渦流支配と熱対流支配が入れ替わる流動モードが見られ，その入れ替わる瞬間に高速熱・物質移動が起こることがわかった。
実験によって明らかにされた高速移動現象が起こる条件をもとに，数値解析によって熱流動ダイナミクスをより詳細に検討した。速度の時系列変動をフーリエ解析した結果，高速移動現象は主に二つの周波数成分の組み合わせによって起こることが示された。
また，円錐系においても，温度不均一系における熱流動ダイナミクスを検討した。円錐系では軸方向の遠心力分布によって生じる三次元循環流れがベースフローとなるため，円筒系とは異なる熱流動パターンが見られた。現時点では，高速移動現象に相当する現象は見つかっていないが，前年度に報告した物質移動強化の可能性があると考えられるため，今後も引き続き検討を行う予定である。
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