稀薄分散粒子群を含む衝突噴流の乱流輸送機構に関する研究

1998 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 09650230
• 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: 熱工学
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 西野 耕一 横浜国立大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90192690)
• 研究期間 (年度): 1997 – 1998
• キーワード: 乱流 / 混相流 / 熱伝達 / 衝突噴流 / 分散粒子群 / 画像計測 / 数値シミュレーション / ラグラジアン粒子追跡

研究概要

水を作動流体とする軸対称衝突噴流を用いて、そのよどみ領域における希薄分散粒子群の乱流特性を実験的かつ数値的に調べ、粒子群の乱流輸送メカニズムおよび伝熱との関係を明らかにした。以下に具体的な研究成果を記す。
(1)粒子挙動の3次元計測:2台のテレビカメラを用いるステレオ画像計測技術を適用して、ノズルより希薄に注入されたガラスビーズ(粒径=0.8、1.0、1.2、1.4mm、比重2.6)の軌跡を時系列ラグラジアン計測した。取得されたデータより、オイラー平均量(粒子平均速度、粒子速度変動)、粒子スリップ速度、平均軌跡、平均軌跡からの拡散、速度変動のラグラジアン自己相関などを明らかにした。
(2)粒子挙動の数値シミュレーション:連続相は希薄分散粒子相による影響を受けない(one-way coupling)との仮定の下で、Lagrangian eddy-particle interactionモデルによる粒子挙動の数値シミュレーションを実施した。まず、手法構築のため円管内乱流における液滴の管壁付着の予測を行い、従来の報告と良好な一致を得た。次に、衝突噴流場における粒子挙動の予測を行い、(1)に述べた実験結果との妥当な一致を見た。
(3)伝熱促進の実験的検討:アルミニウム粒子、スチレン粒子、ガラス粒子を複数の重量割合(1、2、3%)で懸濁させ加熱衝突壁の伝熱促進割合を測定した。その結果、粒子緩和時間と粒子衝突割合との積によりよどみ領域の伝熱促進割合が整理できることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] 町田E明男、鳥居薫、西野耕一、遠藤良輔: "固液二相衝突噴流における固体粒子のテグランジェ的挙動に関する研究"第34回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 1. 189-190 (1997)
• [文献書誌] まちだEあきお、鳥居薫、西野耕一: "気液混相乱流における管内壁への液滴伝熱に関する研究"第35回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 2. 495-496 (1998)
• [文献書誌] K.Nishino: "Application of PIV for Particle Sizing and Velocity Measurement of Two Phase Flow"Proc.YAYOI Symposium on Particle Velocimetry. 50-53 (1998)
• [文献書誌] E.A.Matida、K.Nishino、K.Torii: "Statistical Simulation of Particle Deposition on the Wall from Turbulent Dispersed Pipe Flow"Int.Journal of Heat and Fluid Flow. (掲載予定). (2000)
• [文献書誌] E.A.Matida、K.Nishino、K.Torii: "Numerical Simulation of the Lagrangian Behavior of Solid Particles in Imping Liquid Jets"Turbulence and Shear Flow-1、Begell House. 1203-1208 (1999)
• [文献書誌] マチダエドガーアキオ、西野耕一、鳥居薫: "軸対称衝突噴流における粒子のラグランジアン数値シミュレーション"第34回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 1. 9-10 (1999)
• [文献書誌] マチダエドガーアキオ、西野耕一、鳥居薫: "軸対称衝突噴流中の固体粒子挙動のラグランジアンシミュレーション"日本機械学会論文集(B1編). (投稿中).