2012 Fiscal Year Research-status Report
曲がり管内混相流のカオス化による混合促進と渦構造の解明
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24560196
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
柳瀬 眞一郎 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (20135958)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 曲がり管内流 / 発達流 / 完全発達流 / 流体混合 / ラグランジュアンカオス / 超小型化学反応装置 / オープンフォーム / スペクトル法 |
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| Research Abstract |
矩形断面の曲がり管内流の発達流を計算するための計算スキームをOpenFOAMを用いて作成し，完全発達流を計算するためのコードをスペクトル法にニュートン・クリロフ方を組み合わせて完成した．次にこれらの計算法を用いて低レイノルズ数から高レイノルズ数に至る曲がり管内層流の計算を実行した．その結果，発達流ではレイノルズ数が600に達すると，付加渦が発生し，４渦解となることが示され，過去の実験・数値解析との矛盾のない結果が得られた．また４壁中２壁を流れ方向に移動させる配置での計算結果から，流線が複雑に絡み合う流れが発生していることが分かり，このためラグランジュカオスが生じていることが示された．この結果は，当研究グループで過去に実施した実験結果と完全に合致し，効率的な流体混合のメカニズムが明らかにされ，超小型化学反応装置への応用が期待される．興味深いことに，壁の移動方向が流れと同方向の時に混合効率が高く，逆方向では混合効率向上はあるが，それ程大きくないことが示された．一方，スペクトル法を用いた計算では，これまでのようなポアンカレ断面法から一歩進め，ニュートン・ラフソン法の補正ベクトルの方向をポアンカレ断面と垂直に取る方法により，数値計算の大きな効率化を図ることに成功した．結果，３次元定常流，周期流，進行波解，進行・周期波解など多くの新しい解が得られ，それらの線形安定性も同時に調べた．曲がり管内流の３次元解に対するこのような解析はこれまでに行われたことがなく，極めて斬新な試みである．また，数値計算との比較のための，新しい実験装置の作成を進めた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
OpenFOAM，スペクトル法などの計算結果が予想以上に目覚しいものであり，過去の実験結果と極めてよい一致を示したことから，当初の計画以上に進展していると判定した
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| Strategy for Future Research Activity |
数値計算の精度を高め，より完全に近い結果を得ることを目指し，完成した実験装置から得られるデータと比較して，流体混合のメカニズムをより明確に把握することを目標としている
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
実験装置の完成と，測定装置の購入．数値計算のための計算機とソフトウェアの購入．国際会議での研究発表などにあてる予定
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Research Products
(4 results)
