研究課題
基盤研究(C)
平成16年度において、Newton性流体溶媒に対する高分子の親和的追随性(affine性)の強度が乱流抵抗削減に及ぼす影響の検証を、一様等方乱流において行った.先ず、乱流中に存在する渦層を同定する方法を開発してNewton性流体における乱流生成機構を解明し、乱流場中での渦層から渦管への遷移の発生に伴ってspiral状の渦が形成される事、この渦の周囲にある螺旋状渦層の伸張に伴って乱流が生成されることを明らかにした.次に、高分子応力の構成方程式としてJohnson-Segalman(J-S)方程式を用いることにより非affine性を取り入れ、この応力を溶媒の粘性応力に付加するdirect-numerical simulation(DNS)を行い、この遷移過程にたいする非affine性の効果の検証を行った.平成17年度において、円管内の乱流を対象として同様な検証を行った.この結果、一様等方乱流と円管内乱流に共通して、非affine性が最も強い場合に最大の乱流生成の削減が起きる事、非affine性に対してこの削減が非単調性な変化を示し、非affine性が中間の場合に最小の削減が起きる事を明らかにした.渦層-渦管遷移の発生に対する非affine性効果を検証し、非affine性が最も弱い場合は、高分子エネルギーが渦管領域に沿って分布して高分子応力による圧力が渦管中心部で極大値をとる事により低圧領域を中心部にもつ渦管の成長が抑止されるのにたいし、最も強い場合は、高分子エネルギーが主に渦層に沿って分布し、渦層-渦管遷移過程の発生そのものが抑制される事を明らかにした.J-S方程式の理論的解析のため、その代数型近似定常解を求め、非affine性に対する非単調性が表現できない事から2次の近似解の限界を示し、3次以上の近似解の有用性を明らかにした.
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すべて 雑誌論文 (12件)
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