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乱流の自己相似性に対する壁近傍の擬周期的乱流構造の役割

Research Project

Project/Area Number 16760130
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionYamaguchi University

Principal Investigator

亀田 孝嗣  山口大学, 工学部, 講師 (70304491)

Project Period (FY) 2004 – 2005
Project Status Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2005: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Keywords乱流境界層 / 自己相似性 / 粗面 / 壁近傍構造 / はく離
Research Abstract

今年度は,自己相似性となる粗面乱流境界層の壁近傍構造と境界層大渦構造との関係を調査するため,圧力変動プローブの製作と圧力変動および熱線プローブを用いた圧力速度同時計測を行った.
製作された圧力変動プローブの計測結果の妥当性は,以下に示す方法により検証した.(1)スピーカーを用いて,任意の周波数の音圧を生じさせ,圧力変動プローブで測定される信号の平均量が発生させた音圧とほぼ一致することを確認する.(2)二次元チャネル流の壁面圧力変動を本プローブで計測して圧力変動強度を求め,他研究者による実験結果および数値計算結果との比較を行う.これらより,本圧力変動プローブは良好に変動圧力の計測が可能であることを確認した.
圧力速度同時計測は,圧力変動プローブを粗さ要素溝底面部(溝内部の平均流線が溝底面部と平行となる位置)に,一方X形熱線プローブをその上方位置に設置して行った.ポアソン方程式を基礎にすると,空間任意の点の圧力変動は,速度の空間微分値の2乗値(渦度や散逸に関係)の空間積分値として表現される.そこで,本研究では溝底面部の圧力変動に対して,多層構造である乱流境界層のどの領域の渦構造からの寄与が大きいかを圧力変動と変動速度勾配の空間相関値から調べてみた.その結果,外層の渦構造との相関はほとんど無視でき,圧力変動には内層の壁近傍領域との関係が強いことが示された.さらに,その相関値は負の値であり,内層領域で強い渦度が生じるとき,変動圧力は負の変動が生じると考えられる.また,壁面近傍溝内部領域の流れの様相を把握するため水槽による可視化観察を二次元矩形粗面流で行った.溝内部では渦の形成・崩壊・放出が生じており,その流れの様相変化の周波数を本実験の条件に当てはめると約100Hz程度であった.そこで,変動圧力のスペクトル解析を行うと,圧力変動強度に対して100Hz付近の周波数からの寄与が大きいことが明らかになった.

Report

(2 results)
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2005 2004

All Journal Article (5 results)

  • [Journal Article] 粗面上に発達する厳密な平衡境界層の壁近傍構造2005

    • Author(s)
      亀田孝嗣
    • Journal Title

      2005年度年次大会 講演論文集 Vol.2 No.05-1

      Pages: 315-316

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 平衡境界層の外層構造に対する摩擦パラメータの影響2005

    • Author(s)
      亀田孝嗣
    • Journal Title

      流体工学部門講演会 講演概要集 No.05-32

      Pages: 96-96

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 二次元矩形粗面境界層の粗さ要素近傍における運動量交換機構(溝内部渦の可視化観察)2005

    • Author(s)
      亀田孝嗣
    • Journal Title

      日本機械学会論文集(B編) 71巻710号

      Pages: 2401-2406

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 自己保存条件を満足する粗面乱流境界層の平均量特性2004

    • Author(s)
      亀田孝嗣
    • Journal Title

      日本機械学会2004年度年次大会講演論文集 No.04-1,Vol.2

      Pages: 435-436

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] 自己保存条件を満足する粗面乱流境界層の乱流構造2004

    • Author(s)
      亀田孝嗣
    • Journal Title

      日本機械学会流体工学部門講演会講演概要集 No.04-25

      Pages: 211-211

    • Related Report
      2004 Annual Research Report

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Published: 2004-04-01   Modified: 2016-04-21  

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