ボルテックスジェネレーターの流体力学

今回はボルテックスジェネレータについて考えたいと思います。

先日流体力学の講義にて、
「ボルテックスジェネレータはエネルギーを移動させるものだ！」と、教えられたもののちんぷんかんぷん...
そこで、後から自分なりに考えて見ました！

そもそもボルテックスジェネレータは、

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出典:http://www.shinko-chem.com/beck/vortex/index.html

こんなやつ。飛行機、車などで、空気の流れを整流し、適度な渦を発生させて空気抵抗を減らしたりする(？)やつです。

図A(ボルテックスジェネレータなし)

まず、ボルテックスジェネレータの無い(図A)の場合を考えてみます。

そもそも、空気には粘性があり、高速で移動するときはそれが無視できなくなります。

粘性があるということは、図の車体の近くを流れる空気はどんどん失速していき、、車体後部を流れる頃には明らかな速度差が生じます。
これが、渦が発生する原因であり、車体後ろで負圧となり車体を後ろに引っ張ります。

図B(ボルテックスジェネレータあり)

そこで、ボルテックスジェネレータがあると(図B)、
この速度差のある空気の層をかき混ぜるのだと考えられます。
これは言い換えれば、流れの遅い空気層に早い空気層を混ぜる。エネルギーを遅い流れの方に移動させる。というわけです！

ここからは余談ですが、
実車とラジコンカーで空気層の剥離について比べてみました。(明らかに、実車だとおもいますが、、)

まず、仮定として、
同じ形状の実車とラジコンカーが、大きさに対して同じ速度で走っているとします。(図C)

図C(周りの空気の薄さの違い)

すると、同じ空気ですが、
ラジコンカーの周りの空気は相対的に薄くなり、動粘性係数が大きくなることで、レイノルズ数は小さくなります。

レイノルズ数は Re=U l/v で定義される。
・Uは流れに対する速度
・lは代表長さ。物体の大きさに伴って増大
・vは動粘性係数。これが大きいほど粘性が大きい]

一般に、レイノルズ数が

小さい→層流、粘性の影響が強い
大きい→乱流、慣性の影響が強い

である。

したがって、代表長さが大きい実車の方が乱流が発生しやすい。無事 実車の方が空気層の剥離が生じやすいことが示されました。ホッ(^^)

また、レイノルズ数の定義式から、
速度Uが大きいほど空気層の剥離が起きやすいことも分かります。
これも当たり前ですね(^^;

今回は、実車とラジコンカーで同じ空気でしたが、
空気密度を変えてレイノルズ数を同じにすれば、ミニチュアでも実車と同じ条件で風洞実験できそうですね。

最後まで読んで頂きありがとうございました！では