2020 Fiscal Year Annual Research Report
非定常・非平衡乱流の高マッハ数・高レイノルズ数領域への新展開と応用
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18H01367
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
長田 孝二 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50274501)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邉 智昭 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (70772292)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 乱流 / 風洞実験 / 数値計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
○高レイノルズ・高マッハ数格子乱流：
正方断面を有するテストセクションでは二次流れの影響で下流域での計測ができないことが初年度の計測から明らかになったので、格子下流約4mの場所から円形断面を有するテストセクションに変更して計測を行った。二次縮流による等方性向上も意図した。しかし、計測の結果、矩形断面から円形断面に接続する領域で速度変動強度が一定の減衰率で減衰しないことが明らかとなった。接続部で発生する擾乱あるいは乱流に平均歪が印可されることが原因であると考えられる。よって、以降の実験は従来の矩形断面のテストセクションを用いる。これまでの結果をまとめたものがPhysics of Fluidsに掲載された。動的格子を用いた高レイノルズ数実験を行った。計測結果に風洞の振動に起因するノイズが乗っていることが確認されたので、振動対策を行い再計測を行った。今後計測結果の詳細な解析を行う。無剪断混合層実験においては、高乱流域から低乱流域に輸送される大スケール渦の間欠渦により構造関数のスケーリング則が変化することを明らかにした。結果はPhysics of Fluidsに掲載された。当初計画通り、流路上半分に動的格子を用いた実験も行った。その結果、乱流の間欠性は静的格子による無せん断混合層の方が強いことがわかった。高マッハ数格子乱流のDNSを実行し、乱流生成機構の検討を行った。
○高マッハ数噴流の非平衡特性：
ピストン駆動式シンセティックジェット群により形成される乱流場のPIV計測結果の解析を進めて乱流特性の詳細な検討を行った。さらにマッハ数を上げるためにノズルの改良を行った。
○乱流/衝撃波干渉：
高圧タンクと電磁弁を用いた衝撃波発生装置の設計製作を新たに行い，発生する衝撃波特性を明らかにした。衝撃波進行方向に追い風が存在する場合の衝撃波／乱流干渉のDNSを行い、理論予測と比較した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通りに研究を遂行し、以下の結果や成果を得た。①格子乱流の風洞実験において下流のテストセクションを円形断面にする改造を行い実験を行ったが、接続部で意図しない乱流特性の変化が認められた。そこで今後の計測は従来の矩形断面のテストセクションを用いる。②格子幅の1000倍以上下流での計測結果をまとめたものがPhysics of Fluidsに掲載された。③動的格子を用いた高レイノルズ数実験を行った。④無剪断混合層の計測結果をまとめたものがPhysics of Fluidsに掲載された。⑤流路上半分に動的格子を用いた無剪断乱流混合層の実験を行った。⑥ピストン駆動式シンセティックジェット群により形成される乱流場のPIV計測結果の解析を進めて乱流特性の詳細な検討を行った。⑦⑥に関してマッハ数向上のためノズルの改良を行った。⑧電磁弁を用いた衝撃波発生装置の設計製作を行い性能評価を行った。⑨衝撃波進行方向に追い風が存在する場合の衝撃波／乱流干渉のDNSを行い、理論予測と比較した。以上より、研究は当初計画通りに進行しており、研究はおおむね順調に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究は計画通りほぼ順調に行うことができたため，今後も継続的に研究を発展させる．具体的には，
①動的格子を用いた実験により、乱流の積分スケールが主流方向に一定となり、静的格子や一様等方性乱流に対する理論と異なることが昨年度の実験により示された。そこで、この現象を明らかにするため、渦伸長によるエンストロフィの生成と粘性による減衰について詳細な検討を行う。動的格子の動作モードの違いについても検討を行う。
②終末減衰近くでいかに乱流の非線形性・非平衡性が消失するのかに関して、新たにDNSを実行する。初期場として格子による後流場を設定し、周期箱の中で時間発展させる。これにより、計測・DNSデータがほとんどない終末減衰域での乱流特性を明らかにする。
③2021年3月に非定常風洞が導入されたので、基礎的な流れの計測を行い、格子によって生成される非定常格子乱流場に関する基礎データを収集する。
④昨年度までに開発した電磁弁を用いた衝撃波生成装置を非定常風洞に組み込み、衝撃波／非定常乱流干渉の実験を行う。
⑤衝撃波が消失する条件下での衝撃波／乱流干渉のDNSを行い、乱流干渉による衝撃波消失メカニズムを明らかにする。
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