乱流剥離領域の実験的構造解明,数値流体力学的シミュレーションおよびその制御

1985 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 60420026
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 木谷 勝 北海道大学, 工, 教授 (50001160)
• Keywords: 剥離剪断層 / 剥離再付着流れ / 剥離泡 / 乱流 / 非定常流組織的構造 / 条件付抽出 / 三次元流れ

Research Abstract

1.鈍頭円柱の前縁に形成される軸対称乱流剥離領域の特性を実験的に研究し、(1)変動速度、変動圧力の時間平均値、r.m.s.値、スペクトル、相互相関などを求めるとともに、(2)剥離領域内の逆流間欠係数、局所的な流れ方向の転換周波数、大規模渦塊の放出周波数、その下流方向への移動速度、などの非定常特性を明らかにした。また、(3)再付着領域における渦塊の運動は、主流方向の二点間の変動圧力の短時間相互相関をとることによって解明できることを示した。
2.鈍頭平板の前縁を周期的な鋸歯状に変形することによって、前縁剥離領域を制御する可能性を示した。すなわち、(1)表面流の可視化パターンを剪断応力ベクトル場の節点、鞍部点および剥離線、再付着線の分布を用いて解明し、(2)鋸歯状前縁とすることによって剥離領域の長さを大幅に減少させうること、(3)剥離領域内の流れは鋸歯の角度θがθ【>!〜】ではスパン方向に軸をもつ横渦によって支配されるが、θ【<!〜】100°では主流方向に軸をもつ縦渦によって支配されること、などを明らかにした。また、(4)剥離領域内における圧力の分布、変動圧力のパワースペクトルを求め、(5)再付着領域における大規模渦塊の通過周波数がθの減小とともに増加することを示し、その機構を明らかにした。
3.離散渦法を用いて、(1)剥離剪断層および乱流渦のモデルである渦糸および渦輪の相互干渉を数値的に解析し、相互干渉のパターンには大別して置換、合体、巻きこみ、弱い相互作用の四種類があることを明らかにし、これを用いて跨離剪断層に対する主流乱れの効果を論じた、また、(2)大規模渦塊の誘起する流れ場の鞍部点における乱流渦の伸長を解析し、渦度および速度変動の増幅過程を解明するとともに、(3)傾斜よどみ点流れにおける渦系の三次元変形・伸長過程を計算し、実験で観測されるΛ型の渦および渦輪の発生する機構を明らかにすることができた。

Research Products

• [Publications] ターボ機械. 13-11. (1985)
• [Publications] 日本機械学会講演論文集. 862-1. (1986)
• [Publications] IUTAM Symposium on Fluid Mechanics. (1986)
• [Publications] 9th Australian Fluid Mechanics. (1986)
• [Publications] 日本機械学会論文集. (1986)