コヒーレント微細構造に基づく乱流輸送現象の解明

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09450088
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 宮内 敏雄 東京工業大学, 工学部, 教授 (50016664)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 店橋 護 東京工業大学, 工学部, 助手 (40242276)
• Keywords: 乱流 / 微細構造 / 間欠性 / 直接数値計算 / レーザ計測

Research Abstract

本研究では,乱流の直接数値計算とレーザ計測を用いて乱流のコヒーレント微細構造に基づく乱流輸送現象の解明を行うことを目的としている.一様等方性乱流,時間発展乱流混合層,空間発展乱流混合層,平行平板間乱流,回転一様乱流及びMHD一様乱流の直接数値計算結果から微細渦を抽出し,それらの統計的性質を検討した.その結果,コヒーレント微細構造は乱流場やレイノルズ数に依存せず,その平均周方向速度分布はバーガーズ渦によって良く近似でき,平均直径と周方向最大速度はそれぞれコルモゴロフ・スケールの約10倍と二乗平均変動速度程度であることを明らかにした.このことからコヒーレント微細構造が乱流場に依存しない普遍的な構造であることを明らかにした.さらに,乱流混合層や平行平板間乱流等の非等方的な乱流場の特性が,普遍的なコヒーレント微細渦の空間分布と密接に関連しており,乱流混合層等の自由せん断乱流では大きな直径を持つコヒーレント微細渦の空間分布に,平行平板間乱流等の壁乱流ではコルモゴロフ・スケールの10倍程度の小さな直径を持つコヒーレント微細の空間的な分布に規則性が現れることを明らかにした.また,一様等方性乱流の場合に対してコヒーレント微細渦の三次元特性を検討し,コヒーレント微細渦の中心軸の節点間の長さがテイラー・マイクロスケールであることを明らかにした.さらに,高解像度のPIV計測を乱流混合層において行い,実験的にコヒーレント微細渦の存在を検証した.計測結果と直接数値計算結果を比較し,計測されたコヒーレント微細渦の特性が直接数値計算結果と非常に良く一致することを明らかにした.

Research Products

• [Publications] 店橋 護,宮内敏雄,岩瀬識,アシュラフ,ウッディン: "乱流coherent微細構造の三次元性" 第30回乱流シンポジウム講演論文集. 123-124 (1998)
• [Publications] 店橋 護,宮内敏雄,小路健太郎: "Channel乱流のcoherent微細構造" 第30回乱流シンポジウム講演論文集. 125-126 (1998)
• [Publications] 店橋 護,宮内敏雄,松岡慶,岩瀬識: "空間発展乱流混合層のcoherent微細構造" 日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集. 59-60 (1998)
• [Publications] 店橋 護,宮内敏雄,辻本隆宏: "回転一様乱流におけるcoherent微細構造の統計的性質" 日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集. 61-62 (1998)
• [Publications] M,Tanahashi,T.Miyauchi,S.Iwase: "Statistics of Coherent Fime Scale Structure in Hawogenecus Isotropic Turbulence" Bulletin of the American Physical Society. 43・9. 1975-1975 (1998)
• [Publications] 店橋護。宮内敏雄: "乱流の微細渦構造の普遍性" ながれ. 17・6. 419-428 (1998)