混相流中の渦構造と熱・物質輸送への影響

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11650070
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 柳瀬 眞一郎 岡山大学, 工学部, 教授 (20135958)
• 研究分担者: 河原 源太 愛媛大学, 工学部, 助教授 (50214672)
• キーワード: 混相流 / 渦の微細構造 / 熱・物質輸送 / 熱塩対流 / 気泡 / 可視化 / 高精度差分法 / 高速画像解析

研究概要

平成13年度は前年度までに積み上げた実績をもとにして、さらに流れの詳細な解析を進めた。最初に研究代表者による理論的研究の成果を述べる。今回特に重点的に行った研究は、差分法の手法の、計算精度に対する影響である。研究代表者の採用した方法は、一般にスタガード格子と呼ばれるものであるが、熱、塩分などの成分を同時に解く場合、これらの混相成分をどの座標点で取るかが大変重要となる。また、それらの非線形項を保存形で行うか、対流形で行うかが結果に大きな影響を及ぼす。これらを全て考慮すると6通りの数値計算スキームが考えられる。今回は、これら全てに対して計算精度を調べ、その結果低レイリー数ではどの方法も大きな違いがないことが示された。また、臨界点を調べる際、全エネルギーの変化を見るだけでは数値誤差による減衰を見過ごしている可能性があり、特にAVSによる可視化の方法を補助的に用いることによってはるかに高い精度で臨界点を求めることができることがわかった。一方、研究分担者による実験的研究では、特にめざましい進展はないが、壁面乱流で発生する縦渦に対する気泡の影響が大変大きいという予想があり、それを確認し、さらに物理的機構を調べるための準備を進めている。この問題は、特に流体抵抗の削減に関連していて非常に重要な応用的価値を持っている。

研究成果

• [文献書誌] 柳瀬, 水口, Riley: "Rotating magnetohydrodynamic free-shear flows.1.Linear stability analysis"Physics of Fluids. Vol.13 No.7. 1946-1955 (2001)
• [文献書誌] 柳瀬, 河原, 木山: "Three-dimensional vortical structures in the backward facing step flow"Journal of the Physical Society of Japan. Vol.70 No.12. 3550-3555 (2001)
• [文献書誌] Jimenez, Uhlmann, Pinelli, 河原: "Turbulent shear flow over active and passive porous surfaces"Journal of Fluid Mechanics. Vol.442. 89-117 (2001)
• [文献書誌] 河原, 木山, 八木: "Vorticity stretching and energy dissipation around a straight"JSME International Journal (Ser.B). Vol.44 No.3. 369-377 (2001)
• [文献書誌] 河原, 木田: "Periodic motion embedded in plane Couette turbulence : regeneration cycle and burst"Journal of Fluid Mechanics. Vol.449. 291-300 (2001)
• [文献書誌] 堀内, 水島, 柳瀬, 山本: "理工学のための応用解析学 1-3"朝倉書店. 622 (2001)