| 研究概要 |
本研究は,速度や温度,あるいは濃度が異なる2流体が合流・混合しながら流れていく混合流動場において,主に可視化技術によって流路内に形成される温度場や濃度場の瞬時2次元分布を測定し,その詳細な空間的構造や非定常特性を明らかにすることを目的としている.今年度は,水平な矩形断面直線流路(主管)にもう1本の矩形断面流路(枝管)が垂直に接続される直交型T字合流管内の乱流場において,一方の流体にトレーサー粒子を混入し,そこにレーザーシートを照射することで両流体の混合界面を可視化した.この可視化された流れをハイスピードカメラで撮影することで,混合界面の挙動を時系列的に測定した.とくに,可視化画像を濃度分布に変換し,2次元瞬時濃度場に対して正規直交展開法を適用することで,混合界面を支配している空間的な構造を抽出することが出来た.その結果,2流体の界面は大きな構造を維持しながら主管流れに直交する方向に周期的に振動しており,この振動する界面の上に小さな縦渦がスパン方向に複数発生する複雑な構造を有していることが明らかになった.これらの知見に基づき,デルタ翼が作る縦渦により二流体の混合を促進・制御する手法を考案し,その有効性を検討した.また,主管と枝管が対向して衝突・混合を行う対向型T字合流管内の乱流においても,PIVとLIFによる流れ場と濃度場の行った.とくに,両者を同時に使用することにより速度場と濃度場の同時計測を実施し,2流体間の乱流物質輸送に支配的な役割を果たす乱流物質流束の分布を明らかにした.さらに速度場と濃度場をPODで解析することにより,乱流物質輸送をもたらす流れ場の支配的な構造を明らかにした.
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