| 研究概要 |
本研究は,比較的流れが単純な実験装置を用いた可視化実験や渦モデルを用いた数値シミュレーションを行って,ノズルより噴射された液柱表面の乱れの初生や乱れが増幅して分裂に至る過程をモデル化し,汎用性のある噴霧流動の数値シミュレーション手法を確立することを目的としている。
まず初めに,渦モデルを用いた液柱表面の乱れの初生の数値シミュレーションを行った。液柱が高速でノズルより噴霧する条件では,液柱表面の乱れの初生に液柱内部の乱れが大きく関与しているとの報告がある。そこで本研究では,液柱内部の乱れをランキン渦で模擬し,この渦の特性が,液柱がノズルより噴出した後の表面の乱れの初生にどのような影響を与えるかを数値シミュレーション手法を用いて調べた。計算結果によれば,液柱内部に渦を重畳させた場合,周囲気流速度の大小に関わらずノズル出口近傍において液柱表面に乱れが発生した。一方渦を重畳させない場合は,静止気流中では乱れは発生せず,周囲気流速度が大きな場合にも乱れの発生位置はかなり下流で,液柱内部の乱れがノズル出口直後の液柱表面の乱れの初生に大きな影響を及ぼしていることが明らかとなった。また乱れは,表面を減速する向きの渦により発生し,その波長は表面を減速する向きの渦の間隔により支配される。周囲気流速度が大きな場合の乱れの成長速度は,渦が強いときには渦の誘起速度に,渦が弱いときには気液の相対速度に支配されることが明らかとなった。
一方可視化実験に関しては,当初計画していた二次元流路にカルマン渦を生成して液柱内部の乱れを模擬する方法では,可視化が容易な二次元的な流れを生成するのは難しいことが,予備実験により明らかとなった。そこで,液柱内部にせん断層を生成し,速度分布を制御することにより流れを不安定にし,乱れを発生させる方法を検討している。可視化実験については2年度も引き続き行う予定である。
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