| 研究概要 |
本年度は, 昨年度整備を行った計算コードを用いた直接数値計算に加えて, 同条件における実験計測を行った.
1. 直接数値計算 : 昨年度整備を行った埋め込み境界法に基づく並列固気/固液混相乱流計算コードを用いて, 直接数値計算を行った. 十分に発達した平行平板間乱流中, 側壁近傍のバッファ層に単一の固体粒子を固定し, 固体粒子の存在が周囲流れに与える影響について調べた.特に, 粒子後方に形成される後流渦は, 乱流変調現象にとって重要な役割を果たしてると考えられるため, 粒子後流渦の振る舞いが乱れ分布に与える影響について調べた. 計算結果より, 粒子後流渦の形成が確認され, 壁の影響より壁に近い側では準定常な, 壁から遠い側では, 非定常な渦構造となることがわかった.また乱れエネルギー分布の観察より, 壁面から遠い方の渦が剥離し, 主流と合流する際に大きな乱れが生じることがわかった.
2. マルチスケールPIV計測 : 本研究では直接数値計算による検討を主なテーマとして進めているが, 十分に発達した乱流中の粒子周りの流れについては, わかっていないことが多い. また, 計算結果の評価のための実験データも大きく限定されている.このような状況の中で本年度は, 計算と平行して粒子画像流速測定法(PIV)をベースとした実験計測も試みた. まず異なるスケール観察用に調整された複数台のカメラを同期して使用することにより, 乱流全体のマクロな構造と, 粒子近傍のミクロ構造の同時計測を可能とするマルチスケールPIV計測システムの構築を行った. また作動流体を水とした閉ループ水槽の作製を行い, 同計測システムを用いて, 直接数値計算とほぼ同じ条件において計測を行った. 計算結果と同様に, 壁面の影響を受けた特徴的な粒子後方渦が形成され, また粒子後流部上方において, 高い乱れ領域が形成されることが確認された.
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