乱流噴流の微細構造に関する研究

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06452173
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小林 敏雄 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (50013206)
• 研究分担者: 大島 まり 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (40242127) ; 佐賀 徹雄 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (30013220) ; 谷口 伸行 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10217135)
• キーワード: 乱流 / 噴流 / 渦構造 / 可視化計測 / LES / 感温液晶 / マイクロカプセル / サブグリッド・スケールモデル

研究概要

本研究では、乱流噴流の初期領域での組織的渦構造の形成過程と崩壊、それに続く相似速度分布をもつ発達領域の形成に関して、乱流噴流中の渦構造が運動エネルギおよび熱エネルギの輸送機構におよぼす影響を中心に考察する。対象流れ場には、工業上もっとも一般的と思われる軸対称噴流を取り上げ、可視化手法を用いた実験計測と、LESによる数値解析によって、乱流渦構造を分析する。本年度は、これらの研究の予備的段階として以下の5つの課題について研究を進めた。A1)マイクロカプセルに封入された感温液晶の光学的性質および熱応答性などを検証し、3次元流れ場の温度、速度変動を液晶粒子をトレーサとした可視化画像を用いて同時に計測する手法を開発した。A2)軸対称噴流の計測を行う実験装置を作成した。熱輸送および浮力効果の検証実験のために、噴流および周囲の温度分布を調整が可能とした。本装置において前述の可視化画像による温度と速度の同時計測を試み、統計平均量について計測精度を検定して、良好な結果をえた。B1)軸対称流流れのLESでの数値上の課題とされた円筒座標系の特異点近傍の処理に対し、複数の座標系を組み合わせて計算を行う手法を開発した。B2)層流、乱流域が間欠的に混在する流れに有効と考えられるダイナミック・サブグリッド乱流モデルの噴流LESへの適用を考慮にいれて、このモデルの一般的な差分格子における定式化について検討し、チャンネル流れなどの基礎的な流れ場において数値検証した。B3)噴流乱流の渦構造と運動エネルギ輸送の関連を、既にLES結果のある2次元噴流を対象に研究し、初期領域の組織渦構造の特徴を示した。研究(A)では本申請による画像処理装置を中心として複数カメラからのカラー画像情報を効率的に処理するシステムを作成し適用した。また、研究(B3)ではグラフィックスWSによる3次元画像をもとに研究を進めた。

研究成果

• [文献書誌] Nobuyuki Taniguchi: "Large Eddy Simulation of Plane Turbulent Jet" Sino-Japan Workshop of Turbulent Flows. (1994)
• [文献書誌] 谷口 伸行: "Dynamic SGSモデルの差分法における定式化" 第9回生研NSTシンポジウム講演論文集. 49-52 (1994)
• [文献書誌] 富樫 盛典: "マルチグリッドによる円管内乱流のLES" 日本機械学会第71期通常総会講演論文集III. 940-10. 103-105 (1994)
• [文献書誌] 戴 毅: "ラージエディシミュレーションによる乱流噴流の挙動観察" 日本学術会議シンポジウム「C.G.で見る流れの世界」講演論文集. 14-16 (1994)
• [文献書誌] 戴 毅: "平面乱流噴射の組織的構造の数値解析" 乱流シンポジウム講演論文集「ながれ」. 13別冊. 382-384 (1994)
• [文献書誌] 小林 敏雄: "LESにおける有限要素法の対流項離散スキームについて" 日本機械学会流体工学部門講演論文集. 940-53. 347-348 (1994)
• [文献書誌] 富樫 盛典: "自動回転円管内旋回乱流および楕円管内乱流のLES" 第8回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 241-244 (1994)
• [文献書誌] Yi Dai: "Large Eddy Simulation of Plane Turbulent Jet Flow Using a New OutFlow Velocity Boundary Condition" JSME International Journal,Series B. 37. 242-253 (1994)
• [文献書誌] Toshio Kobayashi: "Full-Field Velocity Measurement System by Digtal Image Processing-Development and Application" Proc.3rd.Asian Symposium on Visualization. 693-698 (1994)
• [文献書誌] Toshio Kobayashi: "Large Eddy Simulation of Turbulent Channel Flow Using Finite Element Method" Proc.of the 3rd.JSME-KSME Fluids Engineering Conference. 108-113 (1994)
• [文献書誌] Y.W.Lee: "Numercal Analysis of a Flow by the Modified k-ε Turbulence Model" Proc.of the 3rd.JSME-KSME Fluids Engineering Conference. 85-89 (1994)
• [文献書誌] Shigenori Togashi: "Large Eddy Simuulation of Turbulent Flow in the Straight Circular Pipe Using the Composite Grid System" Proc.of the 3rd.JSME-KSME Fluids Engineering Conference. 102-107 (1994)
• [文献書誌] D.H.Doh: "A New Consideration for Measuring Temperature and Velocity;Particle Imaging Termometrr and Velocimetry." Proc.of the 3rd.JSME-KSME Fluids Engineering Conference. 154-159 (1994)
• [文献書誌] Toshio Kobayashi: "Feasibility of the LES for Engineering Problems" 3rd.World Congress on Computational Mechanics. Supplement. 4-9 (1994)
• [文献書誌] D.H.Doh: "Simultaneous Spatial Measurement of Temperature and Velocity in a Thermal Fluid Flow" Proc.FLUCOME'94. 1. 23-28 (1994)