閉空間内回転流の分岐現象とその粒子運動に及ぼす効果に関する研究

• 研究課題/領域番号: 13650198
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 名城大学
• 研究代表者: 中村 育雄 名城大学, 理工学部, 教授 (00023127)
• 研究分担者: 渡邉 崇 (渡邊 崇) 名古屋大学, 情報メディア教育センター, 教授 (40182927)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2002
• 研究課題ステータス: 完了 (2002年度)
• 配分額: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円); 2002年度: 500千円 (直接経費: 500千円); 2001年度: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
• キーワード: 旋回流 / 回転円盤 / 数値流体力学 / レイノルズ数 / 粒子運動 / 可視化

研究概要

研究目的1.容器内回転円盤による流れの数値解析
これまで開発されているBenjamin流れのプログラムを改善し回転がスタートしてから流れが発達するまでを計算し,ストークスの流れ関数の絶対値をパラメータとし,時間軸座標面にこのパラメータの時間発展を立体的に図示した.これにより最終モードが同一でも,この発展過程が異なる場合があることを明確にすることができた.次にこのプログラムを3次元の場合に拡張し,流れの3次元時間発展を計算した.この結果,最終モードへの3次元変化を明らかにすることができた.更にこの計算を進め,レイノルズ数とアスペクト比の平面上での分類線の概略を描くことができた.容器内回転円盤については,上記の軸対称プログラムを改造して第一段階の計算を進め,流れの発展過程の速度分布をうることができた.またアルミ粉を用いた実験により回転円盤,固定円盤それぞれの流れがレイノルズ数によって変化する有様を可視化し,数値解と比較検討して定性的一致を得た.
研究目的2.容器内回転円盤上の粒子の運動の解明
まずアスペクト比の小さいテイラー渦流れを数値解によりデータベース化し,それに基づいて精度の良い流体粒子追跡スキームを作成し,その性能を調べた.ついで容器内の回転円盤により旋回流を発生させ,その中での粒子運動を可視化によって調べ,特に粒子の移動開始条件を各種のレイノルズ数,あるいは円盤と容器の隙間,円盤の形状,粒子の大きさなどをパラメータとして,流れの中の粒子の運動の基礎法則をあきらかにすることを目標とした.このため実験装置の改善と設定を行いかなりの場合の粒子移動条件を調べることができた.

研究成果

• [文献書誌] Y.Toya, I.Nakamura: "Instability of Two-Fluid Taylor Vortex Flow in the Case of An Asymmetric System"Proc. 12th Int. Couette-taylor Workshop IL USA. 2C-1. 1-4 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Watanabe, H.Furukawa, I.Nakamura: "Nonlinear development of flow patterns in an annulus with decelerating inner cylinder"Physics of Fluids. Vol.14,No.1. 333-341 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H.Furukawa, T.Watanabe, Y.Toya, T.Nakamura: "Flow pattern exchange in the Taylor-Couette system with a very small aspect ratio"Physical Review E, Part2 of B. Vol.65,No.3-2B. 036306-036306-7 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] N.Umemura, T.Watanabe, H.Furukawa, I.Nakamura: "Visual Numerical Three-Dimensional Flow Development between Very Short Rotating Cylinders"Proc. 10th Int. Symp. on Flow Visualization, Aug. 26-29 Kyoto. F0095(CD-ROM). 1-10 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 古川裕之, 渡邉 崇, 中村育雄: "アスペクト比が小さい場合のテイラー渦流れ (変異・正規モード間の流動形態変化と非定常モードの遷移過程)"日本機械学会論文集(B編). 68巻・674号. 2671-2678 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y. Toya and I. Nakamura: "Instability of Two-Fluid Taylor Vortex Flow in The Case of An Asymmetric System"Proc. 12^<th> Int. Couette-Taylor Workshop, Evanston IL USA. 2C-2. 1-4 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Watanabe, H. Furukawa and I. Nakamura: "Nonlinear development of flow patterns in an annulus with decelerating inner cylinder"Physics of Fluid. Vol. 14-1. 333-341 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H. Furukawa, T. Watanabe, Y. Toya and I. Nakamura: "Flow pattern exchange in the Taylor-Couette system with a very small aspect ratio"Physical Review E, Part 2 of B. Vol. 65-3-2R. 036306-1-036306-7 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] N. Umemura, T. Watanabe, H. Furukawa and I. Nakamura: "Visual Numerical Three-Dimensional Flow Development between Very Short Rotating Cylinders"Proc. The 10^<th> Int. Symp. on Flow Visualization, Aug.26-29, Kyoto. (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Watanabe, H. Furukawa and I. Nakamura: "Taylor Vortex Flow at Very Small Aspect Ratio (Flow Pattern Exchange from Anomalous Mode to Normal Mode and bifurcation Process of Unsteady Mode) (in Japanese)"Trans. JSME. Vol. 68-674. 2671-2678 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Toya, I.Nakamura: "Instability of Two-Flufd Taylor Vortex Flow in The Case of An Asymmetric System"Proc. 12^<th> Int. Couette-Taylor Workshop, Evanston IL USA.. 2C-2. 1-4 (2001)
• [文献書誌] T.Watanabe, H.Furukawa, I.Nakamura: "Nonlinear development of flow patterns m an annulus with decelerating inner cylinder"Physics of Fluids. Vo.14 No.1. 333-341 (2001)
• [文献書誌] H.Furukawa, T.Watanabe, Y.Toya, I.Nakamura: "Flow pattern exchange in the Taylor-Couette system with a very small aspect ratio"Physical Review E, Part 2 of B. Vol.65 No.3-2B. 036306-036306-7 (2002)
• [文献書誌] N.Umemura, T.Watanabe, H.Furukawa, J.Nakamura: "Visual Numerical Three-Dimmensional Flow Development between Very Short Rotating Cylinders"Proc. The 10^<th> Int. Symp. on Flow Visualization, Aug. 26-29, Kyoto.. F0095(CD-ROM). 1-10 (2002)
• [文献書誌] 古川裕之, 渡邉 崇, 中村育雄: "アスペクト比が小さい場合のテイラー渦流れ(変異,正規モード間の流動形態変化と非定常モードの遷移過程)"日本機械学会論文集(B編). 68・674. 2671-2678 (2002)
• [文献書誌] 植木良昇, 辻 義之, 中村育雄: "回転乱流場におけるバースト過程の条件付平均と確率モデル"日本機械学会論文集(B編). 67・654. 404-411 (2001)
• [文献書誌] Watanabe, T., Furukawa, H., Aoki, M., Nakamura, I.: "Visualization of Sudden-start Flow between Two Concentric Rotating Cylinders with Finite Length"Journal of Visualization. 4・3. 223-230 (2001)
• [文献書誌] Toya, Y., Nakamura, I.: "Instability of Two-Fluid Taylor Vortex Floe in The Case of An Asymmetric System"Proc.12^<th>. Int.Couette-Taylor Workshop. 2C-2. 1-4 (2001)
• [文献書誌] Watanabe, T., Furukawa, H., Nakamura.I.: "Nonlinear development of flow patterns in an annulus with decelerating inner cylinder"Physics of Fluids. 14・1. 333-341 (2002)