1989 Fiscal Year Annual Research Report
熱伝達率・速度変動相関測定による乱流熱伝達におよぼす大規模渦効果の解明
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63460096
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
土方 邦夫 東京工業大学, 工学部, 教授 (60016582)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
姫野 修廣 信州大学, 繊維学部, 助教授 (20114887)
長崎 孝夫 東京工業大学, 工学部, 助手 (30155923)
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| Keywords | 乱流熱伝達 / 速度・熱流束相関 / 衝突噴流 |
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| Research Abstract |
本研究では乱流中に存在する大規模な渦構造が壁面における熱・物質・運動量輸送へ及ぼす影響を明らかにした。流れ場に軸対称衝突噴流を用い、作動流体として水または電解質溶液を用いた。速度場の測定はLDVにより行い、壁面局所熱流束は薄膜熱流束計を製作し測定した。また壁面せん断力、物質伝達の測定には電気化学的方法を用いた。淀み点における局所熱伝達率変動と流れ場全域の速度変動との相互相関関数の空間分布から、相互相関関数が大きく壁面熱伝達に影響を持つ流体塊は1つで、その流体塊が壁面に接近する速度はその点の平均速度に等しく、流体塊はその半径方向寸法を一定に保って壁面に接近することが分かった。また局所壁せん断力と速度の相関から、壁面せん断力に影響を与える流体塊は淀み軸線近くを相関値を増加させながら壁面に接近し、壁面近傍で軸方向スケ-ル減少させ、衝突の後は相関値を減少させながら壁面から離脱することが分かった。さらに物質伝達との相関については特徴的な構造が二つあり、平均流によって運ばれる構造は壁面近くの構造に吸収され、衝突の後は測定点近傍に自己相関的な構造のみが残留する。このような各輸送量の相関挙動の差異が境界層の存在に起因すると考え、淀み点境界層流れにおいて主流に微小な速度変動を加えた時の境界層内の速度、温度および濃度の変動について理論解析を行なった。その結果、壁面せん断力および熱伝達率変動と主流速度変動の時間遅れは小さく、主流に運ばれる大規模渦による変動が壁面輸送に直接影響するのに対し、物質伝達の変動の遅れ時間はかなり大きく、この境界層内部での時間遅れにより壁面近くの乱れを拾う自己相関的な構造が出現すると考えられることが分かった。
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