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。

最近有报道称，利用流动分离和流体振动促进传质在层流区域是有效的。推测其机理涉及流体振动引起的混沌混合，但尚不清楚混沌混合与传质之间存在何种定量关系。结果，我们发现混沌混合在外部施加速度的特定频率下达到最大值。另一方面，我们发现传质在瞬态条件下与混沌混合有很好的相关性，但在稳态下则不一定。这被认为是因为混沌混合强烈依赖于流体的动态行为。此外，与湍流混合不同，混沌混合促进混合，而不会导致流动本身转变为湍流，因此可以获得注入能量的高传递促进率。因此，本研究结合实用设备，实验研究了脉动流场中凹形通道的运动促进效果。结果，即使在低雷诺数区域也获得了高迁移促进效果，并且提出了对设计有用的相关公式。此外，有人提出，在高雷诺数区域，迁移促进率取决于所施加的流动频率，并且与通道本身流动的不稳定性密切相关。我们愿意在未来讨论这个问题的细节。