| 研究概要 |
内側壁面が回転する環状流路は遠心分離機,ジャーナル軸受,回転機械にみられ,工業的に重要である.この流路では,軸方向の貫流によるせん断不安定に加えて,回転によるせん断不安定,周方向流線曲率による遠心力不安定,凹曲面上での貫流方向流線曲率による遠心力不安定といった複数の不安定流れ要因が同時に作用する.さらに実際の流れは乱流であり,軸方向に流路面積が変化する場合が多い.本研究は,この複数の不安定流れ要因が同時に作用する乱流場の挙動をLES(Large Eddy Simulation)とDNS(Direct Numerical Simulation)による数値解析と粒子画像流速計による速度場計測によって明らかにすることを目的とする.
実験では当初の予定を若干変更し,凹型,凸型,円錐型流路を用い,貫流レイノルズ数Re=1000,内側壁回転数の無次元数(テイラー数)Ta=4000で高速度ビデオを用いた実験を行い,4時刻法での粒子画像追跡により下流部位置での時間平均速度,乱れ強度を算出し,流路形状による流れ場の違いを詳細に調べるとともにLES解析結果との比較を行った.
一般曲線座標系での2次精度差分法を用いた数値解析では,実験流路と幾何学的に相似な凹型・凸型・円錐型3流路に加え,二円筒・二円板の2流路でもRe=0～2000,Ta=0～4000の条件で計算を行った.周方向の計算領域は90度,360度の2通りである.速度勾配テンソル第二不変量の等値面とストリーク構造を同時に可視化することで,各流路での瞬時3次元渦構造の特徴を調べた.また,二次元チャネル乱流,二円筒間(Taylor-Couette)流れの場合と比較することで,流路形状が流れの構造・乱流統計量に与える影響について調べた.
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