| 研究課題/領域番号 |
09450082
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
流体工学
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| 研究機関 | 東京都立大学 |
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研究代表者 |
渡辺 敬三 東京都立大学, 大学院・工学研究科・機械工学専攻, 教授 (20072134)
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| 研究分担者 |
水沼 博 東京都立大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20117724)
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| 研究期間 (年度) |
1997 – 1998
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| キーワード | 流体工学 / ニュートン流体 / 希薄高分子溶液 / 抵抗減少効果 / 円管内流れ / 回転円板周りの流れ / 円柱周りの流れ / 流体の滑り / Highly Water-Repeellent Wall |
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| 研究概要 |
本研究は超はっ水性の円管、回転円板及び静止円柱などの抵抗減少効果について、その損失や抗力特性の現象論的把握と解明を目的として平成9年度及び10年度の2年間にわたって、研究を実施した。得られた研究成果は以下のようにまとめられる。
1. すべりを伴う円管内流れの抵抗減少効果: 実験は供試流体としてニュートン流体である水道水、グリセリン30%〜40%水溶液と非ニュートン流体としてポリエチレンオキサイド、界面活性の剤の50〜500ppm水溶液が用いられた。供試円管は内壁が約150°の接触角の超はっ水性壁で、内径が6及び12mmである。圧力損失の結果は水道水で約12%抵抗減少効果を、そして速度分布の結果は管壁におけるすべり速度の存在を示し、高分子溶液では層流及び乱流域で管摩擦係数が低減する、新しい抵抗減少効果を明らかにした。これらの実験値とすべり速度に対する境界条件を用いた解析結果は良く一致することが判った。
2. すべりを伴う容器内回転円板摩擦の抵抗減少効果: 外径180mmの容器内の回転円板の摩擦抵抗モーメントが測定され、水道水で約20%低減する抵抗減少効果が得られ、運動量積分方程式を用いた解析結果と比較された。それらから、円板表面のすベに起因することが指摘された。さらに、これらの事実を実験的に立証するため、トレーサー法の流れの可視化によって、超はっ水性円板の流れは円周方向外向き流れとなるこどが明らかにされた。
3. すべりを伴う円柱周りの流れの抵抗減少効果: 直径20mmの円柱を回流水槽内に設置し、円柱後流に双子渦及びカルマン渦が発生する領域を対象として染料法、水素気泡法及び熱線流速計によって流れの可視化と速度分泌測定が行なわれた。円柱表面における流体の滑りによってはく離点は下流側に移動し、それらの渦の長さは長くなることが明らかにされた。円柱表面で流体の滑りを考慮した数値計算の結果と実験結果は良く一致することが示されている。そして、圧力分布の計算結果及び速度欠損の実験結果から得られた円柱の抗力は滑りなしの場合と比較して、約10〜15%の抵抗低減をすることが判った。
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