乱流境界層におけるエントレインメント機構と1/f^α構造との関係に関する実験的研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650182
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 望月 信介 山口大学, 工学部, 助教授 (70190957)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 亀田 孝嗣 山口大学, 工学部, 助手 (70304491) ; 大坂 英雄 山口大学, 工学部, 助教授 (90024611)
• Keywords: 乱流境界層 / エントレインメント / 秩序構造 / フラクタル / 平衡境界層

Research Abstract

本研究の目的は、乱流境界層のエントレインメント機構をフラクタルにより議論されている1/f^α構造に基づいて理解することである。そのため、零圧力勾配下および逆圧力勾配下に発達する平衡境界層の2種類に的を絞り、両者の比較から構造の普遍性と外的条件のべき指数への影響を明らかにする。
2年度目においては、壁面摩擦抵抗の直接測定装置による計測を実施し、速度およびレイノルズ応力分布の相似性の確認を実施した。べき係数m=0.188の平衡境界層の成立する領域において、壁面せん断応力の直接測定装置による計測を行なったところ、カルマン定数κ=0.41、付加定数C=5.0の零圧力勾配下の対数速度分布と良好に一致する速度分布が得られた。この件に関して、前年度のプレストン管におけるせん断応力の計測方法における精度を向上させた。
零圧力勾配下における乱流境界層において、乱流-非乱流の識別に基づいて乱流塊の通過間隔の確率分布がこれまでに報告されたべき定数で示されることが分かった。2本のプローブを外層に配置し、乱流-非乱流の識別に基づく2点速度相関関数分布の計測を行なった。2点の速度相関関数のスパン方向分布に基づき、乱流塊内において卓越する大規模な運動の推測を行なった。乱流塊中においてはcommon-flow upの形態をもつ縦渦構造が推測され、非乱流中においては壁面への吹き下ろしを生じる大規模な運動が推測された。逆圧力勾配下においては、乱流塊のスパン方向寸法が流れ方向に対して減少することが観察された。乱流塊の通過間隔におけるべき定数と空間スケールとに関する調査が期待される。

Research Products

• [Publications] 小濱大輔: "壁面せん断応力の直接測定に関する研究"日本機械学会2001年度年次大会講演論文集. 01・1. 215-216 (2001)
• [Publications] 亀田孝嗣: "乱流境界層の外層領域における平均速度分布の相似性"日本機械学会論文集B編. 67・660. 1975-1982 (2001)
• [Publications] Shinsuke Mochizuki: "An Experimental Study of a Self-preserving Boundary Layer with A Power-law Variation of Free-stream Velocity"IUTAM Symposium on Reynolds Number Scaling in Turbulent Flow. 606.1-606.2 (2002)
• [Publications] 望月信介: "逆圧力勾配下の平衡境界層における平均量分布"日本機械学会2002年度年次大会講演論文集. 02・1. 75-76 (2002)
• [Publications] 望月信介: "流れ方向突起により変形を受ける乱流境界層(平均量と壁面せん断応力)"日本機械学会松山地方講演会講演論文集. 025・2. 61-62 (2002)