• 検索結果がありません。

4 章 結論

ドキュメント内 修 士 学 位 論 文 (ページ 83-92)

4. 結論

本研究では,高分子溶液を被覆した壁面が流動抵抗に及ぼす影響を実験的に 明らかにすることを目的として,ポリビニルアルコール(PVA)とポリエチレンオ キサイド(PEO)を用いて高分子被覆壁面を設置した矩形管内における圧力損失 を測定した.本研究の結果,以下のことが明らかとなった.

(1) PVA のみの被覆壁面の場合,PVA 濃度 11%では,遷移の遅れによる最大

10%の抵抗低減効果が生じた.しかしながら, PVA濃度を約半分の5%にす

ると,同様の現象は生じなかった.

(2) PVA と PEO の混合溶液で作製した被覆壁面の場合,遷移領域でPVA 被覆 壁面と同様の抵抗低減が確認され,PVA が 10%,PEO が 1%の壁面では最 大 7.4%,PVA が 5%,PEO が 0.5%の壁面では最大 9.2%の抵抗低減効果が 得られた.

(3) 被覆を多層にした場合,PVA11%溶液を下地とし,表面にPVA2%,PEO 2%

の溶液を被覆した場合に,遷移領域で最大で7%の抵抗低減効果が得られた

(4) 遷移域で得られた抵抗低減は,塗布した溶液の PEO の濃度に依存せず,下 地として被覆したPVAの濃度には依存する傾向が確認された.

(5) 得られた実験結果から,本研究で得られた抵抗低減は被覆の柔軟性や,被覆 内での内部流動によるものである可能性がある.

謝辞

末筆ながら,本研究を進めるにあたり終始適切な助言を賜り,丁寧にご指導し ていただいた小方聡准教授に心から感謝の意を表します.また,お忙しいなか,

本論文の副査をご担当いただきました,小原弘道准教授,角田直人教授に謹んで お礼申し上げます.また,本研究の実験を協力して行なってくれた佐田健太郎君 をはじめ,研究を進めるにあたり多くの助言や協力をいただいた流体工学研究 室の皆様に心から感謝します.

最後に,研究と直接の関係はありませんが,経済面や生活面など,惜しみなく 様々な支援をしていただいた家族,いつも心の支えとなってくれた首都大学東 京吹奏楽団の皆様にも感謝の意を表します.

参考文献

1. Li YB, Gu YQ, Mou JG, Zheng SH, Jiang LF. "Current research status of biomimetic drag-reducing antifouling paints with low surface

energy". Mater Prot. Vol.47,No.6,(2014),pp.48–51.

2. Xu JL, Lai XR, Wang B, Xu L, Liu GH. "Flow patterns and parameters of micro bubble generation in a flow focusing device". Nanotechnol Precis Eng. Vol.10,No.1,(2012),pp.59–63.

3. Group MTA. "Microscopic Rib Profiles Will Increase Aircraft Economy in Flight". Aircr Eng Aerosp Technol. Vol.60,No.1,(1988),pp.11.

4. Toms BA. "Some observations on the flow of linear polymer solutions through straight tubes at large Reynolds numbers". Proc In Cong Rheol 1948. Vol.135,(1948).

5. 水沼博, 江森正憲, 上田耕一. "水溶性高分子の被覆による乱流抵抗の低減

". 日本機械学会論文集 B 編. Vol.65,No.629,(1999),pp.174–8.

6. Choi KS. "Near - wall structure of a turbulent boundary layer with riblets Near-wall structure of a turbulent boundary layer with riblets".

J Fluid Mech. Vol.208,(1989),pp.417–58.

7. Grüneberger R, Kramer F, Wassen E, Hage W, Meyer R, Thiele F.

"Influence of Wave-Like Riblets on Turbulent Friction Drag". In:

Tropea C, Bleckmann H, editors. Nature-Inspired Fluid Mechanics:

Results of the DFG Priority Programme 1207 “‘Nature-inspired Fluid Mechanics’” 2006-2012. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin

Heidelberg; 2012.,(2012), p. 311–29.

8. Gyr A, Bewersdorff H-W. "Drag reduction of turbulent flows by

additives". Vol. 32. Springer Science & Business Media; 2013.,(2013).

9. Watanabe K, Udagawa H. "Drag reduction of polymer solutions in a pipe with a highly water-repellent wall". J Fluid Mech.

Vol.381,(1999),pp.225–38.

10. Kramer MO. "Boundary layer stabilization by distributed damping". J Am Soc Nav Eng. Vol.72,No.1,(1960),pp.25–34.

11. Fang J, Lu L, Shao L. "Large eddy simulation of compressible

turbulent channel flow with spanwise wall oscillation". Sci China, Ser G Physics, Mech Astron. Vol.52,No.8,(2009),pp.1233–43.

12. Quadrio M, Ricco P. "Critical assessment of turbulent drag reduction through spanwise wall oscillations". J Fluid Mech.

Vol.521,(2004),pp.251–71.

13. Endo T, Kasagi N, Suzuki Y. "Feedback control of wall turbulence with wall deformation". Int J Heat Fluid Flow.

Vol.21,No.5,(2000),pp.568–75.

14. Kawamura T, Moriguchi Y, Kato H, Kakugawa A, Kodama Y. "Effect of bubble size on the microbubble drag reduction of a turbulent boundary layer". In: ASME/JSME 2003 4th Joint Fluids Summer Engineering Conference. 2003.,(2003), p. 647–54.

15. Merkle CL, Deutsch S. "Microbubble drag reduction in liquid turbulent boundary layers". Appl Mech Rev.

Vol.45,No.3,(1992),pp.103–27.

16. Afiza, Erny and Okanaga H. "Effect of skin friction reduction by microbubbles in pipe flow". Proc Sch Eng Tokai Univ.

Vol.37,(2012),pp.23–7.

17. Forrest F, Grierson GA. "Friction losses in cast iron pipe carrying paper stock". Pap Trade J. Vol.92,No.22,(1931),pp.39–41.

18. Radin I. "Solid-fluid drag reduction". (1974).

19. Bakhtiyarov SI, Oliver DR, Shahidullah M. "Measurements of Difference of First Normal Stresses in Polyacrylamide Solutions". J Oil Gas. No.1,(1986),pp.51–5.

20. Kim NJ, Kim S, Lim SH, Chen K, Chun W. "Measurement of drag reduction in polymer added turbulent flow". Int Commun Heat Mass Transf. Vol.36,No.10,(2009),pp.1014–9.

21. Virk PS, Merrill EW, Mickley HS, Smith KA, Mollo-Christensen EL.

"The Toms phenomenon: turbulent pipe flow of dilute polymer solutions". J Fluid Mech. Vol.30,No.2,(1967),pp.305–328.

22. Mowla D, Naderi A. "Experimental study of drag reduction by a polymeric additive in slug two-phase flow of crude oil and air in horizontal pipes". Chem Eng Sci. Vol.61,No.5,(2006),pp.1549–54.

23. Liaw G-C, Zakin JL, Patterson GK. "Effects of molecular characteristics of polymers on drag reduction". AIChE J.

Vol.17,No.2,(1971),pp.391–7.

24. Fujimura M, Iwamoto K, Murata A, Masuda M. "Influence of length of polymer aggregation on turbulent friction drag reduction effect".

Vol.12,No.2,(2017),pp.1–14.

25. Lumley JL. "Drag reduction by additives". Annu Rev Fluid Mech.

Vol.1,No.1,(1969),pp.367–84.

26. Dimitropoulos CD, Sureshkumar R, Beris AN. "Direct numerical simulation of viscoelastic turbulent channel flow exhibiting drag reduction: Effect of the variation of rheological parameters". J Nonnewton Fluid Mech. Vol.79,No.2–3,(1998),pp.433–68.

27. Gillissen JJJ. "Polymer flexibility and turbulent drag reduction". Phys Rev E - Stat Nonlinear, Soft Matter Phys. Vol.78,No.4,(2008),pp.1–6.

28. Toonder JMJ Den. "Drag reduction by polymer additives in a

turbulent pipe flow: laboratory and numerical experiments". J Fluid Mech. Vol.337,(1997),pp.193–231.

29. Kwack EY, Hartnett JP. "Empirical correlations of turbulent friction factors and heat transfer coefficients for viscoelastic fluids". Int Commun heat mass Transf. Vol.10,No.5,(1983),pp.451–61.

30. Gyr A, Tsinober A. "On the rheological nature of drag reduction phenomena". J Nonnewton Fluid Mech. Vol.73,No.1–2,(1997),pp.153–

62.

31. Yi MK, Kim C. "Experimental studies on the Taylor instability of dilute polymer solutions". J Nonnewton Fluid Mech. Vol.72,No.2–

3,(1997),pp.113–39.

32. Bonn D, Amarouchène Y, Wagner C, Douady S, Cadot O. "Turbulent drag reduction by polymers". J Phys Condens Matter.

Vol.17,No.14,(2005),pp.S1195.

33. Wyatt NB, Gunther CM, Liberatore MW. "Drag reduction

effectiveness of dilute and entangled xanthan in turbulent pipe flow".

J Nonnewton Fluid Mech. Vol.166,No.1–2,(2011),pp.25–31.

34. H.A. Abdulbari, R. Mohd Yunus KL. "Drag Reduction Characteristics Using Aloe Vera Natural Mucilage: An Experimental Study". J Appl Sci. Vol.11,No.6,(2011),pp.1039.

35. Abdulbari, Hayder A., Kamarulizam, Siti N. CM, Rohaida.

"Investigating Drag Reduction Characteristic using Okra Mucilage as New Drag Reduction Agent". J Appl Sci. Vol.11,No.14,(2011),pp.2554–

61.

36. Vlachogiannis M, Liberatore MW, McHugh AJ, Hanratty TJ.

"Effectiveness of a drag reducing polymer: Relation to molecular weight distribution and structuring". Phys Fluids.

Vol.15,No.12,(2003),pp.3786–94.

37. Yang KS, Choi HJ, Kim CB, Kim IS, Jhon MS.

"CHARACTERIZATION OF T U R B U L E N T DRAG REDUCTION IN ROTATING DISK S Y S T E M". Vol.1,No.1,(1994),pp.8–13.

38. Kim CA, Jo DS, Choi HJ, Kim CB, Jhon MS. "A high-precision rotating disk apparatus for drag reduction characterization". Polym Test. Vol.20,No.1,(2000),pp.43–8.

39. Abubakar A, Al-Wahaibi T, Al-Wahaibi Y, Al-Hashmi AR, Al-Ajmi A.

"Roles of drag reducing polymers in single- and multi-phase flows".

Chem Eng Res Des. Vol.92,No.11,(2014),pp.2153–81.

40. Kasagi N, Sumitani Y, Suzuki Y, Iida O. "Kinematics of the quasi-coherent vortical structure in near-wall turbulence". Int J Heat Fluid Flow. Vol.16,No.1,(1995),pp.2–10.

41. 梶島岳夫三宅裕. "離散要素モデルによる高分子溶液の乱流抵抗低減の数

値シミュレーション". 日本機械学会論文集 B 編.

Vol.64,No.627,(1998),pp.3636–43.

42. 歌田裕太, 守裕也, 岩本薫, 村田章, 川口靖夫, 安藤裕友千田哲也. "平行 平板間乱流に添加された直鎖状多連結ばねダンパ要素による摩擦抵抗低 減の数値シミュレーション". 日本機械学会論文集.

Vol.79,No.806,(2013),pp.63–76.

43. 黒田明慈, 西堂周平, 工藤一彦. "ダンベル状微小要素の混入による乱流摩

擦抵抗の低減機構". 日本機械学会論文集 B編.

Vol.70,No.690,(2004),pp.303–10.

44. Tiederman WG, Luchik TS, Bogard DG. "Wall-layer structure and drag reduction". J Fluid Mech. Vol.156,No.1982,(1985),pp.419–37.

45. Smith RE, Tiederman WG. "The mechanism of polymer thread drag reduction". Rheol Acta. Vol.30,No.2,(1991),pp.103–13.

46. 水沼博, 中島広司大野康明. "矩形管路と平板境界層における高分子被覆に

よる抵抗低減効果". 日本機械学会論文集 B 編.

Vol.70,No.698,(2004),pp.55–60.

47. 内山利光, 阿部隆, others. "最近のベーマイト皮膜に関する研究とその応 用 (その 2)--樹脂との接着性と着色技術". 近畿アルミニウム表面処理研 究会会誌. Vol.56,(1976),pp.26–33.

48. Carpenter PW, Garrad AD. "The hydrodynamic stability of flow over Kramer-type compliant surfaces. Part 1. Tollmien-Schlichting

instabilities". J Fluid Mech. Vol.155,(1985),pp.465–510.

49. Gaster M. "Is the Dolphin a Red Herring?". In: Liepmann HW,

Narasimha R, editors. Turbulence Management and Relaminarisation.

ドキュメント内 修 士 学 位 論 文 (ページ 83-92)

関連したドキュメント