2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation and control of subcritical transition to turbulence using homotopy to supercriticality
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18H01370
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
河原 源太 大阪大学, 基礎工学研究科, 理事 (50214672)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 雅樹 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (20550304)
本木 慎吾 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (70824134)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 亜臨界乱流遷移 / ホモトピー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平面ポアズイユ流の乱流遷移では，乱流縞と呼ばれる流れ方向から傾いた方向に伸びる空間局在乱れが現れる．当研究室ではこの乱流縞の起源を与える周期解を空間局在する減衰力を付加したナビエ・ストークス方程式の解として数値的に求めた．この減衰力をホモトピー変数として平面ポアズイユ流における乱流遷移，すなわち乱流縞の発生を記述した．
矩形ダクト流の乱流遷移と平面ポアズイユ流とのホモトピーについても実験と数値シミュレーションによる検討を加えた．矩形ダクト流の乱流遷移では，アスペクト比（ダクト断面の辺長比）が１に近い場合には流れ方向にのみ空間局在する乱流パフが現れるが，アスペクト比が増加すると乱流パフのダクト中間面に関する対称性が崩れ，非対称性を有するパフが現れることが判明した．さらにアスペクト比を増加させると，この対称性の破れたパフが複雑化し，平面ポアズイユ流におけるいわゆる乱流縞に移行することを突き止めた．すなわち，乱流パフの対称性の破れを解明することにより，平面ポアズイユ流の乱流縞の発生メカニズムを解明することができる．そこで，乱流パフの対称性の破れの原因について検討を加え，乱流パフ上流の静穏領域におけるわずかなスパン方向への偏流が対称性の破れをもたらす得ることを明らかにした．
熱対流の乱流遷移については，レイリー・ベナール対流における３次元の非線形定常解が，既知の２次元定常解とともに熱伝導状態から分岐することを明らかにした．この３次元定常解はレイリー数の増加とともに小スケールのプリュームおよびそれにともなう渦構造を生成し，熱対流乱流への移行を忠実に再現することが判明した．３次元定常解は，高レイリー数において，乱流状態が表すヌセルト数（無次元熱流束）のレイリー数の1/3乗スケーリングとエネルギースペクトル関数の波数の-5/3乗スケーリングとを再現する．
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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