円管内タコニス振動の数値解析

Numerical analysis of Taconis oscillation in circular tube

白井 宏一郎*; 石井 克哉*; 石垣 将宏 

Shirai, Koichiro*; Ishii, Katsuya*; Ishigaki, Masahiro

管壁に温度差を与えることで気柱が自励振動を発生するタコニス振動の数値解析を行った。低温部と高温部の温度比が臨界値以上になったときに、閉管内で生じる自励振動を観測した。本研究では、これまで実験によってカオスなどが観測されている、低温部と高温部の長さの比が0.3のときに着目して解析を行った。その結果、3つのタイプの振動のモードを観測することができた。境界層が厚い領域では管の両端の圧力振幅が同位相で振動する2次モードの定在波が現れた。また境界層を薄くしていくと、温度比が小さい領域では1次モードが励起され、温度比の大きい領域では圧力の不連続面を伴った音波が観測された。本研究により、タコニス振動が生じているときの振動の分岐構造について明らかにすることができた。

Taconis oscillations, which are spontaneous oscillations of a gas column in a tube with cold and hot walls, are studied numerically. We use axisymmetric compressible Navier-Stokes equations. The spontaneous oscillations are observed in the closed tube when the temperature ratios of hot part to cold part are more than a critical value. We observed three types of oscillation modes when the length ratios of hot part to cold part is 0.3. The oscillation states of fundamental mode and second mode are observed in the region upside the critical temperature ratios of Rott's theory.