| 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形合流管内と,両者が対向して接続される対向型T形合流管において,PIVによる詳細な速度場計測と可視化による二流体の界面の観察および構造解析を行った.前者に関しては,2流体の混合を促進・制御する方法としてデルタ翼列により縦渦を混合層内に誘起させ,その角度の変化により変動速度強度分布を制御する手法を考案し,温度場の測定によりその有効性を確認するとともに,可視化による濃度場の2時限時系列計測およびPIVによる詳細な流れ場の計測により混合が促進されるメカニズムについて検討した.その結果,デルタ翼からは縦渦が交互に発生しており,それによる乱れの増大により2流体の混合が促進されることが明らかになった.また,翼の傾斜角度を変化させることにより縦渦のパターンが変化し,とくに翼を後傾させた場合には混合促進に有利な強い乱れの生成が可能となることが明らかになった.後者においてはPIVによる速度場計測とPLIFによる濃度場計測を同時に行い,管内における乱流物質流束の分布を明らかにした.また,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によって,乱流混合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流体の界面は水平方向への2次元的な大規模変動に回転的な振動が重畳する構造を有しており,乱流混合の対しては両者の流れによる物質輸送が支配的であることが明らかになった.
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