研究課題
当該研究では乱流運動が熱・物質拡散に与える影響を解明することを目的とし、大気乱流風洞を用いて乱流レイノルズ数R_λ≒400(Re_M≒10^6〜10^7)に達する大規模乱流場を形成し、その中でノズルから連続的に放出されたプルームの熱拡散場を温度流速計で計測した。また、乱流レイノルズ数R_λを系統的に変化させた乱流場において粒子拡散実験を行い、レーザ計測システムのペデスタル成分より得られる粒子通過信号を濃度の時系列信号に変換して濃度変動特性を求め、以下の成果を得た。(1)熱拡散に関して、大規模乱流渦の影響によるプルームの蛇行運動が観察された。主流方向のプルーム間隔L_Iが縦方向のインテグラルスケールL_<ux>と同程度になると、L_Iの流れ方向変化はほぼ一定になる。また、横方向のインテグラルスケールL_<vx>はプルームの広がりに強い影響を与える。これらは乱流中の大規模渦がプルームの蛇行運動を引き起こす。(2)格子乱流と比較して、大規模乱流中の瞬間的な熱流束は非常に大きく、鉛直方向の熱輸送も広範囲に及び、R_λ=430では拡散係数Kが非常に大きく、K≒180cm^2/sに達する。(3)粒子拡散に関して、格子乱流場ではプルーム内の相対拡散が主体であるのに対して、大規模乱流場の場合、濃度変動の間欠率の分布形状は鉛直方向および下流方向に大きく変化する。このことは、粒子拡散にプルームの蛇行運動が大きく影響していることを示している。(4)平均温度分布の分散σ^2の時間変化はTaylorの拡散理論と良く一致し、大規模乱流場では短時間拡散場に相当する熱拡散場を風洞中に実現することに成功した。濃度変動強度は、大規模乱流場では拡散時間に比例し、長時間拡散に相当する格子乱流場では1/2乗に比例する。(5)間欠率と濃度変動強度との間には明確な相関があり、BarryらのモデルでS=1.3とすると良い一致を示す。
すべて 2005
すべて 雑誌論文 (3件)
日本機械学会第83期流体工学部門講演会講演論文集 No.05-32
ページ: 250
ページ: 251
日本機械学会2005年度年次大会講演論文集 No.05-1,2
ページ: 301
