2009 Fiscal Year Annual Research Report
壁面粗さの影響を考慮した境界層遷移予測の高精度化に関する研究
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21560820
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
淺井 雅人 Tokyo Metropolitan University, システムデザイン学部, 教授 (00117988)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
稲澤 歩 首都大学東京, システムデザイン学部, 助教 (70404936)
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| Keywords | 流れの安定性 / 乱流遷移 / 壁面粗さ / 境界層遷移 / 壁面せん断流 / トルミーン・シュリヒティング波動 |
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| Research Abstract |
本研究は、翼の層流化制御や境界層遷移の予測能力の向上に不可欠な、翼の製作上避けることができない微小な壁面粗さが乱流遷移に及ぼす効果の解明と、壁面粗さを考慮したより現実的な遷移予測手法の確立を目指した基礎研究である。本年度は、二次元的に分布した微小壁面粗さが境界層遷移の始まりを支配ノするトルミーン・シュリヒティング波動の成長に如何に影響を与えるかを、零圧力勾配境界層ならびに平面チャネル流を対象として実験と数値計算により調べた。
平面チャネル流においては、数値シミュレーションにより、二次元矩形状分布粗さがレイノルズ応力を増加させ流れの不安定化に導くという重要なメカニズムが明らかにされ、また、壁面の僅かなステップの影響がかなり下流まで続くことも示された。実験では、二次元配列と斜行配列の矩形分布粗さについて、流れの安定性に及ぼす影響が比較され、二次元粗さで見られたトルミーン・シュリヒティング波動の増幅が斜行粗さでは弱まることが示された。
圧力勾配の無い境界層においては、微小振幅の正弦波状の壁面粗さ(波打ち)が境界層の安定特性に及ぼす影響が実験的に調べられ、チャネル流と同様に弱い壁面波打ちがトルミーン・シュリヒティング波動の増幅を促すことが示された。さらに、進行波状の壁面波打ちについても境界層の安定性への効果が調べられ、進行波の伝播速度がトルミーン・シュリヒティング波動の位相速度に近づくにつれトルミーン・シュリヒティング波動の増幅を抑制することが示された。
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