2023 Fiscal Year Annual Research Report
高シュミット数物質の乱流混合における微小スケール普遍性の実験的検証
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21K03851
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| Research Institution | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
岩野 耕治 岡山理科大学, 工学部, 准教授 (20750285)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
酒井 康彦 公益財団法人名古屋産業科学研究所, 研究部, 上席研究員 (20162274)
伊藤 靖仁 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40346078)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 乱流物質混合 / 高シュミット数 / LIF濃度計測 / 微小スケール普遍性 / 乱流モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子拡散が起こりづらい（=高シュミット数）物質が乱流中で混合されるとき，微小スケールに普遍的な濃度揺らぎの構造（粘性対流領域）が存在することが理論的に予想されている．長年，この予想の検証が試みられてきたが，計測装置の空間分解能不足やスパコンの計算性能不足のため，未だに普遍性の実証には至っていない．本研究では，申請者の開発した極めて高い空間分解能を持つ光ファイバ型LIF濃度計測装置を用いて，様々な乱流混合場で高シュミット数物質の濃度変動を計測することで，粘性対流領域の存在，およびその普遍性を検証することを目的としている．
本年度は，格子乱流場の下流位置において速度乱れを付加する実験を行い，流れ場の非定常性が濃度変動に与える影響を調査した．その結果，乱れを付加した直後においても濃度変動パワースペクトルの粘性対流領域のスペクトルの傾きは，理論で予測される－1乗よりも緩やかであることが明らかとなった．研究期間全体を通して，光ファイバ型LIF濃度計測装置が様々な流れ場における高シュミット数物質の濃度変動計測に非常に有効であることが示された．これにより，これまでよりも格段に高精度に乱流理論の検証が可能となった．濃度変動パワースペクトルの形状は，粘性拡散領域においては流れ場によらずバチェラー変数によりよくスケーリングされ，Batchelor型よりもKraichnan型に近い形状となることが明らかとなった．一方，粘性対流領域のスペクトルの傾きは，特にレイノルズ数が小さい場合に理論で予測される－1よりも緩やかになることが明らかとなった．
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