線型速度勾配を有する乱流せん断層内の球状粒子に働く変動力と粒子の運動

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63550131
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: 山本 富士夫 福井大学, 工学部, 助教授 (50020227)
• Keywords: 乱流線形せん断流れ / 固気二層流 / 空気輸送 / シミュレーション / 球 / 円柱 / 揚力 / 抗力 / 変動圧力 / 運動軌跡 / 速度勾配

Research Abstract

1.乱れ度2〜4%の線型乱流せん断流れをする鉛直ダクト内に直径20,25,30mmの球をおいて、球表面における時間平均圧力分布を測定し、それを積分することによって時間平均揚抗力を求めた。その結果、球には近寄り流れの高速側から低速側に向かう揚力が働くこと、その揚力は速度勾配にほぼ比例すること、および、レイノルズ数とともに大きくなることを明らかにした。また、抗力は速度勾配やレイノルズ数にあまり影響されず、一様流れの場合と同じ値をとることがわかった。但し、実験を行ったダクト内流れの無次元速度勾配は、0(一様流)、0.2,0.4,0.6の4通りである、球に関するレイノルズ数の範囲は16900〜35000の範囲である。
2.線型せん断流れをする鉛直ダクト内を落下する球の運動軌跡を写真から測定する実験とその運動軌跡をシミュレーション計算したものとを比較検討した。その結果、1.の結果と同様に、球には近寄り流れの高速側から低速側に向かう揚力の作用することを確認することができた。また、運動軌跡は実験と計算とよく一致した。なお、実験に使用した球の直径は5mmである。運動方程式中の揚力係数の値は、別に行ったペンダント法で得られたものを用いた。
3.直径が30mmのアクリル製の球を用いて、球表面に作用する変動圧力の測定を行った。変動圧力のスペクトル解析の結果、円柱で見られるカルマン渦のような特徴的な周波数を持つスペクトルは、高周波の中では、見つかっていない。供試の球は、中空の上下二つ割れ構造で、内部に超高感度の半導体小形圧力変換器(直径2.36mm)が取り付けられている。球は流れ方向に平行な軸の周りに回転でき、圧力 は緯度で15度毎に測定できるようになっている。

Research Products

• [Publications] 山本富士夫,寺西厚,紋谷英樹: PROCEEDINGS OF THE FIRST KSME-JSME THERMAL AND FLUIDS ENGINEERING CONFERENCE. Vol.2. 101-104 (1988)
• [Publications] 山本富士夫,幸川光雄,紋谷英樹,寺西厚: 日本機械学会講演概要集. No.887-2. 44-45 (1988)
• [Publications] 山本富士夫,紋谷英樹,幸川光雄,寺西厚: PROCEEDINGS OF FIRST INTERNATIONAL CONFERENCE ON MECHANICS OF TWO-PHASE FLOWS(論文No.0206). (1988)
• [Publications] 山本富士夫,紋谷英樹: 日本機械学会論文集B編(論文No.88-0684B).
• [Publications] 山本富士夫,幸川光雄,寺西厚: 混相流シンポジウム'89講演論文集.