渦輪の周方向に現れる不安定波の形状について

关于涡环圆周方向出现的不稳定波的形状

• 批准号: 09750189
• 负责人: 内藤 隆
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750189/
• 关键词: 渦輪; Widnall instability; 乱流遷移; 軸流; 可視化; 不安定性

単独渦輪は,初期の段階では安定した並進運動をするが,やがて,渦輪を構成する渦核に正弦波的な微小な変位が周方向に生じてくる.この現象はWidnall instabilityと呼ばれ,増幅する波の周期が渦核と渦輪の直径の比に応じて変化する.その後,時間の経過とともに波の振幅は増大し,局所的に周方向の規則性が崩壊すると全体が急速に乱流渦輪へと遷移していくことが知られている.本研究の目的は,波の形状の変化に注目し,この乱流渦輪への遷移の様子を明らかにすることである.昨年度までには,波状変形から崩壊までの様子がレイノルズ数によって分類され,レイノルズ数が2600から4600の間において乱流遷移する前に軸流(axial flow)と呼ばれる渦軸に沿った周方向の流れが現れることが観察された.また,この軸流は波の振幅の増大を抑える働きがある可能性があり,波の振幅の大きくなった崩壊前の層流渦輪の渦構造と密接な関係があることが推測された.本年度では,スモークワイヤ法と煙可視化法を併用することにより,渦核の形状と軸流の発生の様子を同時に観察することを試みた.その結果,非軸対称的で局所的に波の振幅が増大する場合は,最も振幅の増大した箇所に向かう軸流が現れることが観察された.これは,振幅が増大することで渦管が引き伸ばされ,周方向に圧力勾配が発生したためと考えられる.また,軸対称性がよく周方向に均一に振幅が増大した場合には,時計回りもしくは反時計回りのいずれかの方向に流れが生じることが分かった.しかしながら,この場合についてはまだ十分に試行的な実験が進んでおらず,そのメカニズムの解明には到っていない.

在早期阶段，单个涡流环具有稳定的翻译运动，但是在早期阶段，构成涡旋环的涡流核中发生了一个小的正弦位移。该现象称为宽nall不稳定性，扩增波的周期根据涡流核和涡流环的直径比例而变化。众所周知，波的振幅会随着时间的推移而增加，当周向规则性倒塌时，整个过渡会迅速进入湍流涡流环。这项研究的目的是专注于波的形状的变化，并阐明向湍流涡流环的过渡。到去年，雷诺数的波变形状态已被雷诺数分类，在雷诺数在2600到4600之间的湍流过渡之前，轴向流（轴向）是在雷诺数的湍流过渡之前，在2600和4600之间的湍流过渡之前，已经观察到了沿着Vortex轴的周围流动。此外，这种轴向流有可能抑制波幅度的增加，并且据估计它与倒塌前层状涡流环的涡旋结构有密切的关系，其中波幅度增加了。在今年，我们尝试通过使用烟丝方法和烟雾可视化方法同时观察涡流的形状和轴向流的产生。结果，如果波幅度在局部增加，则可能会增加波浪的振幅，从而观察到轴向流向振幅最大的点出现。这被认为是因为随着幅度的增加而拉伸涡流管，导致沿圆周方向的压力梯度。此外，当幅度沿圆周方向均匀增加时，发现流动沿顺时针或逆时针方向发生。但是，在这种情况下，尚未完成试验实验，并且该机制的机制尚未澄清。