直交2円柱間に生じる首飾渦の挙動とその操作による剥離流の制御に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550168
• Research Institution: Tokuyama College of Technology
• Principal Investigator: 山田 英巳 徳山工業高等専門学校, 機械電気工学科, 教授 (00116766)
• Keywords: 直交2円柱 / 首飾渦系 / 渦構造 / 可視化実験 / PIV計測

Research Abstract

本研究は、流れに垂直に置かれた円柱の上流にもう一本の円柱を元の円柱と流れとの両方に垂直になるように設置された直交2円柱の場合について、2円柱の中心間距離がおよそ3d(dは円柱直径)より小さいときに2円柱間の間隙内に形成されると考えられている首飾渦の構造の解明および2円柱からの剥離流と首飾渦との関係を明らかにするとともに、首飾渦挙動の制御可能性を実験的に確認することを目的としている。
平成14年度は、主に2本の円柱の間隙Sと間隙内に形成する首飾渦構造との関係を明確にすることに着目して研究を遂行した。なお、円柱直径を大きくすることで、目標とする比較的大きいレイノルズ数である2000程度を水槽実験においても実現可能となったため、首飾渦構造の解明は主に水槽による可視化およびPIV計測により行った。
水槽実験の結果、平面壁上の円柱周りに生成する首飾渦系の場合と同様に、多数の首飾渦による渦系が2円柱の間隙内に生成することが明らかになった。すなわち、上流円柱背後の片側半分の領域に注目すると、間隙比s/d=0〜0.1の場合には上流円柱表面に1個の小さな主渦と下流円柱の前面表面上に1個の反対回転の渦が生成し、s/d=0.2〜0.5の場合には上流円柱表面上に3個の正負の首飾渦と下流円柱の前面表面上に1個の渦が生成することが分かった。さらに、s/d=0.8を超えると首飾渦系の構造がかなり変わり、間隙内の渦生成機構が2円柱による制約された空間内ではあるがある種のカルマン渦の場合に近づいていくものと推察される。