| 研究概要 |
まず予備実験として、0から10毎に8種類の旋回角と3種類のRe数(1^*10^5,2^*10^5,3^*10^5)の組み合わせによる24種類の壁面静圧の測定を行ない、同心二重円管内の流れは、旋回強さにより3種類のパターンに大別され、それらの臨界となる旋回強さにより3種類のパターンに大別され、それらの臨界となる旋回強さは村上らが円管内旋回流に対して報告している旋回強さに一致している事が明らかとなった。
次に、上記実験から代表となる入り口旋回角を、3種類(Ф=0°,30°,50°)に選定し、同心二重円管内の粘性底層から外層までの平均速度分布・静圧分布・乱流成分の測定、油膜法による壁面流線の可視化を3種類(Z/Dh=0.0,6.85,12.3)の流れ方向位置において行い、以下の結論を得ている。
φ=0°においては内・外壁とも平均流速は二次元平板の対数則に一致しており、内・外壁の差はないが、Ф=50°の場合には、絶対流速・軸方向流速に対する対数則の勾配は無旋回時に比べ、内壁側においては大きくなり、外壁側においては小さくなる。この傾向は、絶対流速に関しては内壁に、軸方向流速に関しては外壁側により顕著に表れている。しかし、Ф=30°の場合には、遠心力の効果はФ=50°の場合に比べて小さく、絶対流速・軸方向流速に対する対数則はφ=50°の場合よりもФ=0°(二次元平板の対数則)に近く、周方向流速に対する対数則は内・外壁で一致している。また、少なくとも粘性底層から遷移層の間では、入り口旋回角にかかわらず流れがねじれていないことが確認された。
数値解析に関しては、通常の等方k-εモデル及び、吉沢らによる非等方k-εモデルの二種類による解析を行い、νrz・νrθの値がνtから修正されない様な乱流モデルを用いた解析時には、Ф=50°の流れの予測精度が低いことや、渦粘性係数の定数:Cμ=0.09もФ=50°の場合には不適当であることが分かった。
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