レーザアブレージョンで生成した衝撃波と強い渦輪,物体間干渉による圧縮性乱流の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650202
• Research Institution: Ariake National College of Technology
• Principal Investigator: 簑田 登世子 有明工業高等専門学校, 電子情報工学科, 教授 (70037852)
• Keywords: 正方形渦輪 / 剥離渦の発達 / 方形渦輪の軸変更 / ステレオ・シャドウグラフ / 渦の相互作用

Research Abstract

本研究は,強い衝撃波と渦輪を生成し,それらの干渉現象やそれらと物体との相互作用によって生じる流れ場を,光学的可視化により観測し,圧縮性乱流現象の基本的な性質を明らかにする目的で行っている.
本年度前半は衝撃波管を使用して生成した渦輪流れと3次元物体の相互作用現象を可視化観測し,後半は強い衝撃波,渦輪を作るための装置め製作を行った.以下に行った実験結果の概要を示す.
小立方体に渦輪流れが接近し衝突していく様子の2つの側面像を,通常のシャドウグラフ法で,また斜め方向からの観測像を,奥行きが認知できるステレオ・シヤドウグラフ法によって可視化し観測した.立方体上の境界層の生成と成長、剥離渦輪の生成,ショックレットの生成およぴ両渦輪の相互作用運動などが観測された.得られた新しい知見は以下である.
(1)立方体上には強い渦が生じ,剥離した生成直後の剥離渦輪は正方形である.
(2)正方形渦輪は,自己誘導速度によって曲率の大きな角の部分は,他の部分より下流かつ渦輪の中心軸方向に移動する.即ち非粘性の場合の正方形渦輪の変形と同様な変形をしていることが分かった.
(3)進行して来た円形め渦輪と正方形の剥離渦輪は互いに接近し相互作用を行う.両渦輪は,時間経過とともに初期の正方形の軸から45度回転した形の軸を持つ1つの正方形渦輪へと変形していく.
(4)剥離渦輪と進行渦輪が接近すると,それらの間に衝撃波が生成される.この生成原因は,両渦輪の間の流れが,ラバール管における衝撃波の生成時と同じ様な流れの状態になっていると考えられる.
(5)剥離渦輪生成後には,正方形の辺から連続的に渦が生成される.これは渦輪後流の流れと境界層との境界面の不安定によって生じていると考えられる.
以上はマッハ1.35程度の流れの結果である.来年度は、開発中の方法で生成した強い渦輪による実験を行う.

Research Products

• [Publications] 簑田登世子: "ステレオ.シャドウグラフ法による高速渦輪と物体の相互作用観測"高速度撮影とフォトニクスに関する総合シンポジウム2001 講演論文集. 213-218 (2001)
• [Publications] 簑田登世子: "高速渦輪流れと立方体の相互作用による流れ場"平成13年度衝撃波シンポジウム 講演論文集. 37-40 (2002)
• [Publications] Minota Toyoko: "Shock formation through the interaction of a solid sphere and a vortex ring"Proc.23^<th> Int.Symp.on Shock Waves. (発表予定). (2002)
• [Publications] Minota Toyoko: "The development of new shocks induced by interactions between a body and a vortex flow"Proc.of 4^<rd> Int.Workshop on Shock-Wave/Vortex Interaction. (発表予定). (2002)