研究内容の紹介



平面壁上に垂直な円柱の端部流れ


【対称面の可視化方法】


【流跡線動画像】

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境界層
対称面(y/d=0)
薄い場合

(δ/d=0.26)
厚い場合

(δ/d=0.82)




【横断面の可視化方法】


【流跡線動画像】

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境界層
横断面(x/d=3)
薄い場合

(δ/d=0.26)
厚い場合

(δ/d=0.82)




1.平面壁上の三次元物体周りに形成する首飾渦および剥離渦構造の解明

壁面上の三次元突起周り流れは、ICの冷却や熱流体機器における振動・伝熱の特性を支配する流れ場を模擬している。縦横比の異なる長方形平板周りに形成される首飾渦と剥離渦の渦構造とその挙動を、水槽実験におけるPIV可視化画像計測及び超音波による速度変動計測に基づきRe数と境界層厚さの影響を含めて明らかにすることを試みる。


                右上:正方形平板突起上流に
                    形成している定常な首飾り渦
                    ( δ/h = 2.22 , Re = 1000 )


                右下:流跡線動画による首飾り渦の
                    振動・融合パターンの可視化
                    ( δ/h ≒ 4.14 , Re ≒ 2400 )

2.間隙を持って互いに直交する2本円柱の相互干渉による三次元渦構造の解明
 2本の円柱が間隙を持って直角に交差するように配置された
場合について、両円柱が示す空力特性を三次元渦構造と関連
して解明することを目的とする。本年度は、2円柱間に形成す
る三次元渦構造を可視化(画像計測)するとともに、熱線流速
計からの速度変動や半導体圧力変換器からの圧力変動の信
号解析(フーリエ変換およびウェーブレット変換)により渦構造
の時系列挙動を定量的に明らかにすることを試みる。

3.円柱の支持端部に生じる三次元渦構造の解明と円柱の空力特性の制御に関する研究
 主に熱線流速計を用いた風洞実験とPIV可視化計測を行う
水槽実験により、円柱を支持する側壁面上の層流境界層が巻
き上がって形成される首飾渦と円柱背後の二次流れとの関係
等を求め、円柱端部における三次元流動の詳細を明らかにす
ることを目的としている。

4.新たな管群配置による高効率熱交換器の開発に関する基礎的研究

 多数の加熱円管群を格子状に流れ方向に多数列積層させた
熱交換器モデルを製作し、熱交換器モデルの積層列数、列内
管間隔、および列間隔が熱交換器モデルの伝熱性能に及ぼす
影響を明らかにすることを目的としている。積層列数は2〜10
列の範囲で検討する。

5.平行千鳥管群の伝熱特性に関する研究

 円管群を流れ方向に2〜4列積層させて、熱伝達率が大きい
新たな高効率フィンレス熱交換器を開発することを目指して、熱
流束一定の下で円管表面の温度分布を熱電対で詳細に測定
することにより、種々の管群配置に対する流動特性と伝熱特性
との関係を明らかにすることを目的としている。

6.変形オリフィスによる高性能マイクロバブル発生
装置の開発に関する研究

 通常の円形オリフィスを用いる微細気泡流発生装置は、上流
から空気を加給すると比較的大量の微細気泡を生成することが
可能となる反面、空気加給に高圧のコンプレッサを必要とする。
一方絞り背後の壁面から空気を自吸させるとコンプレッサを必
要としないが気泡の微細化が十分ではなく十分なボイド率を得
ることも困難となる。本研究ではコンプレッサを必要とせずに十
分微細な気泡を数多く生成できる、特殊形状の変形オリフィスを
考案し、その性能を明らかにすることを目的とする。なお、その
絞り比、空気自吸位置、自吸孔数等の影響についても種々検討
する。

7.マイクロバブル流の粘度・管内速度分布の画像
計測とその洗浄効果に関する研究


 100μm以下のマイクロバブルの液中濃度を種々変化さ
せた場合における流体粘度μや管摩擦係数λの変化
を圧力差から評価するとともに、高速度カメラによるズーム撮影
を利用して細い管路内の速度分布をPIV計測から求め、広範囲
のレイノルズ数に対するマイクロバブル管内流の流動特性を明
らかにすることを目的としている。また、同様の気泡条件に対す
る洗浄効果についても検討する。

8.格子状円柱群を過ぎる流れとその損失特性に関
する研究


 複数の円柱が縦横に重なって構成される正方二面格子や平
織金網等の格子状物体は、各種プラント内の流れの整流や混
合拡散の促進に用いられる。また、多くの円柱列が互いに直角
に重なった交差管群は新たな熱交換器の管群配置になるものと
期待されている。このような管群配置における流れの特徴や損
失係数は依然不明のままである。本研究では流れの可視化や
圧力損失の測定から、これらの円柱群を過ぎる流れの詳細と損
失係数を広範囲のレイノルズ数に対して明らかにすることを目的
としている。

9.管路内微細気泡流の超音波計測に関する基礎的
研究


 円管内流を題材に超音波応用計測に関する種々の課題を実
験的に明らかにすることを試みる。今年度は各種のトレーサー
微粒子に対する超音波の応答性能、および種々の気泡径と気
泡濃度に対する応答性能について調べる。それらを応用して不
透明な大型タンク内の混相流体(液体・麦麹塊等の固体・気泡)
の流動状態を明らかにすることを目指している。

10.連続する凹凸を有する壁面上の流れの数値解
析とPIV計測

 通常の円形オリフィスを用いる微細気泡流発生装置は、上流
から空気を加給すると比較的大量の微細気泡を生成することが
可能となる反面、空気加給に高圧のコンプレッサを必要とする。
一方絞り背後の壁面から空気を自吸させるとコンプレッサを必
要としないが気泡の微細化が十分ではなく十分なボイド率を得
ることも困難となる。本研究ではコンプレッサを必要とせずに十
分微細な気泡を数多く生成できる、特殊形状の変形オリフィスを
考案し、その性能を明らかにすることを目的とする。なお、その
絞り比、空気自吸位置、自吸孔数等の影響についても種々検討
する。