渦輪による物質輸送の特性

摘要

円形のオリフィスから短時間に一定量の流体を噴出すると、噴流が巻き上がり、渦輪が形成される。渦輪は、その自己誘導速度によって、下流へと並進し、やがて乱流へ遷移して、変形·崩壊する。このような渦輪の流れは、物理的興味もさることながら、物質の輸送や、流れ場の混合など、工学的な応用が可能である。筆者らは、前報で、オリフィスから微粒子を含hだ渦輪列を発生させ、渦輪による物質輸送効果の有効性を明らかにした。Domon らも、単一の渦輪について、筆者らとよく似た実験を行っている。しかし、これ迄に、渦輪の噴出条件を変化させた詳細な調査は、ほとhど行われていない。渦輪の噴出速度や、噴出流体長さ（ピストンストローク）、オリフィス直径、ピストンの駆動方法など、渦輪の噴出条件によって、形成される渦輪の規模や循環値が異なり、渦輪の並進速度や乱流遷移の様子が変化して、その物質輸送の効率も変化すると考えられる。そこで本研究では、噴出速度を一定とし、ピストンストロークを変化させた場合について、先ず、流れ模様を観察し、次に、オリフィスから微粒子を含hだ渦輪を噴出して、粒子の下流への拡散分布を計測し、渦輪による物質輸送の特性を調査した結果を報告する。