Analysis of Fluid Mixing in an Agitated Vessel Based on a Streakline

Abstract

撹拌槽内の流れは，非定常の3次元流であるだけでなく空間的にも非対称であるため，その構造は極めて複雑である．そのため，撹拌槽内の流体混合機構についてはいまだ不明な点が多い．2次元の層流カオス混合系では，安定多様体と不安定多様体が流体混合機構を理解する際の重要な概念となり，それらが混合機構を支配する不変構造あるいは混合パターン形成の鋳型となっている．しかし，撹拌槽内の3次元流体混合場においても同様の役割を果たす不変構造が存在するか否かについてはいまだ不明である．本研究では，不安定多様体と同様の特性を有する流脈に着目して，2枚パドル翼をもつ撹拌槽内における層流流体混合機構の解析を行った．翼先端から伸びる流脈が混合パターン形成と密接な関係があることを実験およびモデル解析より明らかにするとともに，層流場における撹拌槽内の大域的な流体混合が，側壁近傍における流脈線の強い引き伸ばしと折り畳み機構から生み出されることを示した．