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1.モデリング(ブラウン運動の効果についての検討)
ランジュバン方程式に基づく評価から、要素長が1μm程度以下の場合には、熱運動による不規則な力が流体の慎重運動による引っ張り力に対して無視できないことを確認した。このランダムな力によって要素が流体によって引っ張り力を受ける方向とは異なる方向を向く効果を確率的に表現する方法を検討中である。
2.数値計算
十分に発達した2次元チャネル内乱流に本モデルを適用し、要素濃度、要素の分布、弾性率をパラメータとしてシミュレーションを行った。その結果、要素の混入による乱流摩擦抵抗低減のメカニズムにっいて次の知見を得た。
・混入要素は、摩擦抵抗を増加させる効果と低下させる効果を有し、後者が前者を上まわる場合に抵抗低減が顕現する。
・抵抗増加のメカニズムは、要素が流れの平均せん断面に対して角度を持って配向することによって高速側の流体を減速し、低速側の流体を加速する効果を持ち、これが全体としてせん断応力の増加となるものである。また、この効果により実験的に応力欠損として知られる現象を説明することができる。
・抵抗低下のメカニズムは、要素が壁近傍の縦渦運動の回転面内に配向し、回転運動を減衰させる効果による。縦渦運動の減衰により、レイノルズ応力(乱れによる運動量交換)が抑えられ結果として壁面における摩擦抵抗が低減する。
3.実験
円管(内径2mm〜5mm)の試験流路を作成し、予備実験を行った。ニュートン流体の揚合に従来より知られている摩擦抵抗係数が得られることを確認した。
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