脈動流場におけるくぼみ付き流路内のカオス混合と物質移動促進

脉动流场凹通道内的混沌混合与传质促进

基本信息

批准号：
06650208
负责人：
西村龍夫
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Yamaguchi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至 1995
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06650208/
关键词：
カオス混合伝熱促進流体混合脈動流

项目摘要

流れのはく離と流体振動を利用した物質移動促進は層流域で有効であることが最近報告されている。その機構は流体振動によって引き起こされるカオス混合が関与していると推察されているが、カオス混合と物質移動が定量的にどのような関係にあるかは不明であり、本研究では2次元キャビティ流れを対象として数値シミュレーションによって検討した。その結果、カオス混合は外部から加えたある速度振動数で最大となることを見い出した。これに対して物質移動は過渡的状態ではカオス混合と良好に相関付けられるが、定常状態では必ずしも対応しないことがわかった。これはカオス混合が流体の動的挙動に強く依存しているためであると考えられる。またカオス混合は乱流混合とは異なり、流れ自身を乱流へ遷移させずに混合が促進されるため、注入したエネルギーに対して高い移動促進率が得られる可能性がある。そこで本研究では実用装置を念頭におき、脈動流場におけるくぼみ付き流路内の移動促進効果を実験的に検討した。その結果、低レイノルズ数域でも高い移動促進効果が得られ、設計に役立つ相関式を提案した。また、高レイノルズ数域では移動促進率は加えた流量振動数に依存し、流路自身の流れの不安定性に強く関連することが示唆された。この詳細は今後の検討課題としたい。

最近据报道，使用流动分离和流体振动在层流盆地有效促进传质。据估计，这种机制涉及由流体振动引起的混沌混合，但是尚不清楚混乱混合与传质之间的定量关系如何存在，在这项研究中，我们使用数值模拟来靶向二维腔流。结果，发现混合混合在从外部应用的一定速度频率下最大。相比之下，发现传质与瞬态条件下的混沌混合良好相关，但不一定在稳态中。这被认为是因为混合混合在很大程度上取决于流体的动态行为。此外，与湍流混合不同，混乱的混合是在不转移流动本身向湍流的情况下促进的，这可能会导致相对于注射能量的高促进运动率。因此，在这项研究中，我们通过实验研究了脉动流场中嵌入式流动路径内促进运动的效果，并考虑了实用的设备。结果，即使在较低的雷诺数中，也可以达到高移动性促进效应，并提出了相关公式，可用于设计。还建议在雷诺的高数量范围内，运动促进率取决于增加的流频率，并且与流道本身的不稳定性密切相关。将来将讨论此细节。