円柱列を過ぎる流れの合流現象と乱流への遷移

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14540383
• Research Institution: Doshisha University
• Principal Investigator: 水島 二郎 同志社大学, 工学部, 教授 (70102027)
• Keywords: 円柱列を過ぎる流れ / 合流現象 / 流れの不安定性 / 乱流への遷移 / 解の分岐 / ピッチフォーク分岐 / ホップ分岐 / 2本円柱

Research Abstract

本研究計画の目的は円柱列を過ぎる流れが振動流へ遷移し,カオス的な状態を経て乱流に遷移する道筋を明らかにすることである.レイノルズ数が小さいとき,流れは円柱列の周期と同じ周期をもつ定常な流れである.レイノルズ数が大きくなると定常流の不安定性によって振動流へと遷移する.不安定モードには,円柱列の周期と同じ周期をもつモードによる不安定性,2倍周期,3倍周期などをもつモードの不安定性がある.2002年度においては角柱列を過ぎる流れの不安定性と乱流への遷移について重点的に調べた.特に,角柱列を過ぎる流れにおいて,以前申請者が見いだした定常合流現象だけでなく,流れが振動しているときにもウェイクの非線形相互作用により,隣り合う角柱から同期して渦が放出される現象を発見し,その発生機構の物理的な説明を行った.このとき,渦放出には同位相渦放出と反位相渦放出の2つの非線形干渉があることを明らかにし,その研究成果をFluid Dynamics Researchに発表した.2003年度においては,流れと平行におかれた2本の円柱を過ぎる流れについて実験と数値シミュレーションおよび流れの安定性理論により調べ,この流れは2本の円柱の間隔がある範囲にあるときにはその分岐構造が亜臨界ホップ分岐となり,円柱に働く抵抗も特異的なふるまいをすることが判明した.また,2本の円柱が流れと垂直に並べておかれているときには無限個の円柱が並んだ円柱列を過ぎる流れとほぼ同様の遷移を行うことが見いだされた.来年度以降の研究において,最終的に円柱列を過ぎる流れの分岐ダイアグラムを求め,乱流への遷移の道筋を明らかにする.

Research Products

• [Publications] Jiro Mizushima: "Transition of natural convection in a vertical fluid layer"Physics of Fluids. 14. L21-L24 (2002)
• [Publications] Jiro Mizushima: "Transition routes of natural convection in a vertical fluid layer"Journal of the Physical Society of Japan. 71. 2898-2906 (2002)
• [Publications] 柳崎淳: "矩形容器内の熱と物質の二重拡散対流"同志社大学理工学研究報告. 43. 125-134 (2002)
• [Publications] Jiro Mizushima: "Vortex shedding from a row of square bars"Fluid Dynamics Research. 32. 179-191 (2003)
• [Publications] Katsunori Yoshimatsu: "Symmetry breaking of radially outgoing flow between two parallel disks"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 3028-3031 (2003)
• [Publications] 水島二郎: "理工学のための数値計算法"理工学社. 222 (2002)
• [Publications] 水島二郎: "流れの安定性"朝倉書店. 245 (2003)