2011 Fiscal Year Annual Research Report
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20540379
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
服部 裕司 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (70261469)
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| Keywords | 渦運動 / 線形安定性 / 曲率不安定性 / 直接数値シミュレーション / 非線形性 / 乱流 |
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| Research Abstract |
本年度は、前年度までの研究結果を踏まえて、乱流への応用として、乱流中の渦構造の曲がりの統計法則を明らかにし、これを利用して曲がり効果を考慮した乱流理論の構築に向けて指針を得た。さらに、曲がりをもつ渦構造のダイナミクスに対する軸流の効果について研究した。
(1)乱流中の渦構造の曲がりの統計法則
一様等方性乱流の直接数値シミュレーションのデータ解析を行い、渦構造の曲率や捩率など曲がりを特徴付ける物理量の統計法則を明らかにした。曲率、捩率は渦度が小さい点でも定義されるが、渦度の大きさによる重みづけを考慮した統計解析を行うことにより本質的な統計法則を抽出することができた。
(2)曲がり効果を考慮した乱流の統計理論
上で得られた曲がりに関する統計法則を用いて、乱流の現象論を構築した。曲がりをもつ渦構造の統計的な配置から乱流の速度場を再構成し、統計的性質を説明することに成功した。既存の乱流理論による統計法則との関係を議論し、乱流に関して得られた新しい知見を整理した。
(3)曲がりをもつ渦構造のダイナミクスに対する軸流の効果
回転翼に形成されるらせん渦は、一般にらせん方向の流れ(軸流)をもつ。この軸流が曲がりをもつ渦構造のダイナミクスに及ぼす効果について研究した。渦輪、らせん渦の安定性における軸流の効果を、短波長安定性解析およびノーマルモード安定性解析により解明した。さらに、一般の渦管を対象とし、その安定性と大局運動に対する軸流の効果を解析的手法と直接数値シミュレーションにより解明した。
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