Flow Behavior and Turbulent Drag Reduction of Viscoelastic Fluids

Abstract

高分子水溶液や界面活性剤水溶液などに代表される粘弾 性流体の回転円板による容器内旋回流れにおいては,周方 向に向かって流れる主流ならびに遠心力と法線応力差によ る二次流れが存在する.粘弾性流体の二次流れはニュート ン流体のものに比べて複雑になることが知られていたが , 高レイノルズ数域における二次流れの非定常挙動について はほとんど明らかにされていなかった.実用上の回転円板 による粘弾性流体の容器内旋回流は,ビスカスカップリン グやビスカスヒータなどの流体摩擦を利用した機器におい て見られ,その非定常挙動の解明はこれらの機器の設計・開 発において重要であると考えられる.本研究では,高分子 水溶液や界面活性剤水溶液の非定常流れ挙動を明らかにす るために,従来の研究よりも高いレイノルズ数域において, 子午断面の二次流れの可視化観察,回転円板付近の流れの 3 次元可視化観察,ならびに回転円板面と平行な断面および 子午断面における PIV計測を行った.ここでは,高分子水 溶液および界面活性剤水溶液の非定常流れ場に関して,可 視化観察,LDV計測,および PIV計測により得られた代表 的な実験結果 を示す.さらに,粘弾性流体の回転円板に より誘起される容器内旋回流れの数値シミュレーション結 果 についても一例を示す.