Flow Behavior and Turbulent Drag Reduction of Viscoelastic Fluids

Journal of the Society of Rheology, Japan Pub Date : 2014-01-01 DOI:10.1678/RHEOLOGY.41.289

Shinji Tamano

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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.

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粘弹性流体的流动特性与湍流减阻

以高分子水溶液和表面活性剂水溶液等为代表的粘弹性流体的旋转圆板在容器内回旋流动中，存在向周方向流动的主流以及由离心力和法线应力差引起的二次流动。众所周知，粘弹性流体的次流动比牛顿流体的次流动复杂，但在高雷诺数域中次流动的非稳定行为几乎没有被明确。在实际应用中，由旋转圆板形成的粘弹性流体的容器内回旋流出现在利用流体摩擦的机器上，如维斯卡斯杯具和维斯卡斯加热器等。这些机器的设计和打开需要弄清其非稳定行为。被认为在发方面很重要。本研究为了明确高分子水溶液和表面活性剂水溶液的非稳定流动行为，在比以往研究更高的雷诺数范围内，对子午断面的二次流动进行了可视化观察，对旋转圆板附近流动进行了三维可视化观察，以及对平行于旋转圆板面的截面和子午断面进行了PIV测量。关于溶液和表面活性剂水溶液的非稳定流动场，通过可视化观察、LDV计测和PIV计测得到的代表性实验结果。对于由引起的容器内回旋流动的数值模拟结果也示出一个例子。

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