2012 Fiscal Year Annual Research Report
壁せん断乱流実験での線形撹乱モードの探索とそれに基づく構造と統計量の橋渡し
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22560161
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
松原 雅春 信州大学, 工学部, 准教授 (10324229)
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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2013-03-31
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| Keywords | 乱流 / 安定性 / せん断流 |
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| Research Abstract |
乱流境界層内に挿入したパルス初期撹乱により励起した周期撹乱をアンサンブル平均により抽出し，その周期撹乱の振幅が初期撹乱とほぼ比例関係になることから，線形性を持つことが示唆されている．今年度では，周期撹乱の線形性を確かめるため初期撹乱振幅の範囲を広げ，さらに周期撹乱の発達と秩序構造との関連を調べるため，初期撹乱をsin関数撹乱とすることでアンサンブル平均回数を増やし，より下流域まで周期撹乱を抽出できるようにした.
実験は回流式風洞内に設置した平板上でおこなった.この平板前縁部に粗度を取り付けることで，乱流への遷移を促進した.十分に発達した乱流境界層の 下流域において，試験平板に埋め込まれた小型のスピーカーにより，振幅変動がsin関数となる初期撹乱を発生させた.撹乱孔より下流で熱線風速計を用いて流速を計測し，それを初期撹乱周期に基づいてアンサンブル平均を行った.小さい初期撹乱振幅の範囲では，境界層厚さの3倍程度の下流域まで，周期撹乱の強さが初期撹乱振幅と比例しており，強い非線形現象である乱流境界層の中に線形的な性質を持つ撹乱が存在していることがわかった.また撹乱孔のすぐ下流で壁近傍に分布している周期撹乱は，下流に行くに従い境界層外縁付近にまで達していることがわかった.下流での周期撹乱の構造を粘性長さスケールを用いて無次元化すると，秩序構造であるヘアピン渦の大きさや構造が似ており，この周期撹乱がヘアピン渦と同じものであることが示唆された.
この周期撹乱が初期撹乱に対し線形な性質を持つことから，撹乱方程式を用いて数値的に解析することが容易であり，さらにこの撹乱の発達を時間的に追うことでこの線形撹乱が秩序構造と同じであれば，乱流中の秩序撹乱による運動量交換などを定量的に評価でき，乱流の解明につながると考えられる.
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| Current Status of Research Progress |
Reason
24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 |
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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