発達した熱乱流中の速度場構造と境界層構造の解明

阐明发达热湍流中的速度场结构和边界层结构

• 批准号: 05F05734
• 负责人: 佐野 雅己
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05F05734/
• 关键词: ベナール対流; 熱乱流; 超音波ドプラー流速計; 乱流中の平均流

本研究の主題は、熱対流の乱流に関する研究であり、液体金属である水銀を用いてレイノルズ数の高い乱流状態を実現し、乱流中の構造とダイナミクスを明らかにすることである。実験は、アスペクト比が0.5の円筒形の容器に満たされた水銀を用い、上下面に温度差を加えることで熱乱流を発生させる。測定方法としては、超音波ドプラー法を用いて乱流中の速度場を瞬時に測定する手法を採用した。多点同時計測により、速度場の3次元の空間分布を明らかにする目的で、超音波トランスデューサーを同時に複数本用いて測定系の改良を行った。また、これまでは容器を貫通させ、トランスデューサを水銀に接触させ測定を行ってきたが、その方式では測定する箇所を変えるたびに容器を加工する必要があり、任意の場所の計測は困難であった。Bienia氏は、水銀とステンレス、さらにトランスデューサーの音響インピーダンスの差が比較的小さいことに着目し、容器を貫通せずに外部から測定する方法を開発した。さらに、ステッピングモーターによりトランスデューサーを移動させながら測定し、容器の2次元断面の速度分布を得ることに成功した。これら測定方法の改良により、熱乱流中に生じる平均流の構造とダイナミクスを測定することが可能となった。その結果、平均流の構造はロール構造に近く、回転の向きが反転する現象を観測した。その反転の平均時間間隔は、これまで見つかった他の流体における反転時間に比べてかなり短い。このことは低プラントル数流体の特徴と考えられる。地磁気の反転が低プラントル数流体である溶融鉄の対流によるダイナモ効果とその反転現象に起因していると考えられていることを考慮すると両者の関係はさらに興味深い。この研究で得られた成果は、今後まとめた後、出版する予定である。

这项研究的主题是一项关于热湍流的研究，该研究使用液体金属实现高式雷诺德，并阐明湍流的结构和动力学。在实验中，通过使用装满圆柱体容器的汞含量为0.5纵横比，在上表面和下表面上添加温度差来产生被动流。作为一种测量方法，采用了一种使用超声钻探方法在湍流过程中立即测量速度场的方法。为了通过多点时钟测量阐明速度场的三维空间分布，使用多个超声传感器同时改进了测量系统。过去，容器已经渗透到容器中，并且转导与汞接触以进行测量，但是在该方法中，每次更换容器时都必须处理该容器，从而难以测量任何位置。 BIENIA专注于汞，不锈钢和传感器之间的声音阻抗之间的差异，并开发了一种从外部进行测量而不穿透容器的方法。此外，在移动换能器时测量了步进电动机，并成功获得了容器的两个维横截面的速度分布。通过改进这些测量方法，可以测量热湍流期间产生的平均结构和动力学。结果，平均结构接近滚动结构，观察到旋转方向的现象被逆转。逆转的平均时间间隔比迄今为止其他流体中的倒时时间要短得多。这被认为是低种植者几种流体的特征。考虑到熔融铁的发电机效应，这是两者之间的关系，这是熔融铁的发电机效应，这是一种低的植物流体及其逆转现象。本研究中获得的结果将在未来发布。