2002 年度実績報告書

分散二相乱流における粒子間相互作用の物理モデルの構築

研究課題

研究課題/領域番号	11450073
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・工学研究院, 助教授 (90192690)
研究分担者	鳥居薫横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 教授 (00017998)
キーワード	混相流 / 分散二相流 / 乱流 / 格子乱流 / 粒子 / 相互作用 / PIV / 流れの可視化
研究概要	分散二相乱流における粒子間相互作用を明らかにするために、水の鉛直上方格子乱流中に固体粒子を中立浮遊させ、分散粒子が連続相乱流に与える影響および分散粒子間の相互作用を実験的に調べた。まず、直径1.00mmと1.25mmの球形ガラス粒子(密度2450kg/m^3)を中立浮遊させ、粒子体積割合をC=0〜0.5%の範囲で変化させ、分散粒子群が連続相乱流に与える影響をPIV計測によって調べた。時々刻々変化する粒子体積割合を定量化するため、レーザシート光を用いた粒子カウンタを開発・使用した。その結果、どちらの粒子直径においても、粒子体積割合の増大とともに主流方向速度変動成分が増加し、C=0.5%付近では単相流における乱れ度の4倍以上に達することが明らかになった。これに対して、スパン方向成分は高々50%の増加に留まる。連続相の瞬時速度分布より選択的増大が主流方向に細長く伸びた速度変動領域の存在と関連していることを明らかにした。そのような特性は速度変動の2点相関関数分布に顕著に表れ、主流方向速度変動の主流方向相関(いわゆる縦相関)は粒子体積割合の増大とともに増加するが、スパン方向速度変動のそれ(いわゆる横相関)は粒子体積割合には殆ど依存しない。選択的増大をもたらす粒子群挙動の時間変化を流れの可視化によって調べた。その結果、粒子群が主流方向の細長い領域に偏在する列状粒子集積(columnar particle accumulation : CPA)が観察され、体積割合0.05%程度から顕著になることを明らかにした。粒子相互位置関係を与える確率密度関数を求めたところ、粒子が主流方向に互いに並ぶ確率が高いことが判明した。粒子体積割合が低い条件において、二つの粒子の相互作用を可視化観察および三次元計測した。その結果、二つの粒子が主流方向に並ぶと下流側粒子が上流側粒子に接近すること(スリップストリーム現象)、下流側粒子がさらに接近すると上流側粒子がはじき飛ばされ、代わりに下流側粒子がその位置で中立浮遊を始めること(入れ替わり現象)が明らかになり、一連の粒子挙動を三次元的に定量化した。

研究成果
(7件)

すべてその他

すべて文献書誌 (7件)

[文献書誌] マチダエドガーアキオ, 西野耕一, 鳥居薫: "軸衝突噴流水噴流におけるラグランジュ挙動のモデル化"第37回日本伝熱シンポジウム講演論文集. Vol.II. 461-462 (2000)
[文献書誌] E.A.Matida, K.Nishino, K.Torii: "Random Walk Modelling of the Lagrangian Behavior of Spherical GlassParticles in an Axisymmetric Impinging Water Jet"Proc. 2nd International Japan-Korea Symposium on Advanced Engineering and Science. 82-90 (2000)
[文献書誌] マチダエドガーアキオ, 西野耕一, 鳥居薫: "軸対称水衝突噴流中の固体粒子挙動のラグラジアンシミュレーション"日本機械学会論文集(B編). 67巻655号. 665-674 (2001)
[文献書誌] 西野耕一, 曹兆敏: "レーザ誘起蛍光法による噴霧計測(解説記事)"日本液体微粒化学会誌. Vol.9, No.26. 18-26 (2001)
[文献書誌] K.Nishino, H.Matsushita, K.Torii: "Turbulence Modification by Solid Particles in Upward Grid Turbulence of Water"Proc. 3rd International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP3). (to be presented). (2003)
[文献書誌] K.Nishino, H.Matsushita, K.Torii: "PIV Measurement of Turbulence Modification by Solid Particles in Upward Grid Turbulence of Water"Proc. 5th International Symposium on Particle Image Velocimetry (PIV'03). (to be presented). (2003)
[文献書誌] 西野耕一: "「混相流計測法」(分担執筆)第23節分子マーカによる流速測定、第32節直接撮影法による液滴径の測定、第44節液滴数密度と液滴流量の測定"森北出版株式会社. 15 (2003)

2002 年度 実績報告書

分散二相乱流における粒子間相互作用の物理モデルの構築

研究代表者

西野 耕一 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (90192690)

研究成果

[文献書誌] マチダ エドガー アキオ, 西野耕一, 鳥居薫: "軸衝突噴流水噴流におけるラグランジュ挙動のモデル化"第37回日本伝熱シンポジウム講演論文集. Vol.II. 461-462 (2000)

[文献書誌] E.A.Matida, K.Nishino, K.Torii: "Random Walk Modelling of the Lagrangian Behavior of Spherical GlassParticles in an Axisymmetric Impinging Water Jet"Proc. 2nd International Japan-Korea Symposium on Advanced Engineering and Science. 82-90 (2000)

[文献書誌] マチダ エドガー アキオ, 西野耕一, 鳥居薫: "軸対称水衝突噴流中の固体粒子挙動のラグラジアンシミュレーション"日本機械学会論文集(B編). 67巻655号. 665-674 (2001)

[文献書誌] 西野耕一, 曹兆敏: "レーザ誘起蛍光法による噴霧計測(解説記事)"日本液体微粒化学会誌. Vol.9, No.26. 18-26 (2001)

[文献書誌] K.Nishino, H.Matsushita, K.Torii: "Turbulence Modification by Solid Particles in Upward Grid Turbulence of Water"Proc. 3rd International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP3). (to be presented). (2003)

[文献書誌] K.Nishino, H.Matsushita, K.Torii: "PIV Measurement of Turbulence Modification by Solid Particles in Upward Grid Turbulence of Water"Proc. 5th International Symposium on Particle Image Velocimetry (PIV'03). (to be presented). (2003)

[文献書誌] 西野耕一: "「混相流計測法」(分担執筆)第23節 分子マーカによる流速測定、第32節 直接撮影法による液滴径の測定、第44節 液滴数密度と液滴流量の測定"森北出版株式会社. 15 (2003)

2002 年度実績報告書

西野耕一横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (90192690)

[文献書誌] マチダエドガーアキオ, 西野耕一, 鳥居薫: "軸衝突噴流水噴流におけるラグランジュ挙動のモデル化"第37回日本伝熱シンポジウム講演論文集. Vol.II. 461-462 (2000)

[文献書誌] マチダエドガーアキオ, 西野耕一, 鳥居薫: "軸対称水衝突噴流中の固体粒子挙動のラグラジアンシミュレーション"日本機械学会論文集(B編). 67巻655号. 665-674 (2001)

[文献書誌] 西野耕一: "「混相流計測法」(分担執筆)第23節分子マーカによる流速測定、第32節直接撮影法による液滴径の測定、第44節液滴数密度と液滴流量の測定"森北出版株式会社. 15 (2003)