| 研究概要 |
本研究は,放射状液膜流れにおいて生じる乱流遷移を液体の微粒化に応用するための基礎的研究である.そのため,静止円板及び回転円板に沿う液膜流れ,および回転円板周端から液膜が大気中に流出してできる自由液膜流で生じる乱流遷移を明らかにする必要がある.科学研究費の補助を受けた年度内で得られた成果は以下のとおりである.
まず,回転円板上を流れる液膜流れを対象にして,乱流遷移の過程及び遷移点の半径位置を液面性状の観察により実験的に調べた.さらに,流れの安定性を線形安定性理論により調べた.その結果,円板の回転は液膜内部の速度分布をねじれ形三次元境界層に変化させるが,流れに及ぼす円板の回転の影響が小さい場合には流れを安定化させる,すなわち,遷移を抑制させるのに対して,円板の回転の影響が増大すると流れを不安定化させる,すなわち,遷移を促進することがわかった.また,これからは,二つの異なった不安定性,すなわち,粘性形不安定と変曲点形不安定に基づくものであることもわかった.
次に,静止円板上を流れる放射状液膜流れの乱流遷移が,高分子の微量添加によりどのように変わるかを調べた.その結果,高分子の微量添加により遷移を促進させることがわかった.また,この遷移促進は,高分子の添加により液体(水)に弾性が付与されることに起因することを線形安定性理論により明らかにした.
さらに,回転回板周端より液膜が大気中に流出してできる放射状自由液膜流れについてLDVにより液膜内部の速度分布を測定し,その結果と境界層方程式を数値計算により解いて求めた速度分布を比較して,流れの様子を明らかにした.また,液面の性状を観察して,自由液膜流れの乱流遷移の過程を明らかにした.また,線形安定性理論により自由液膜流れの安定性を解析し,それにより遷移現象を明らかにできる見通しを得た.
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