| 研究概要 |
本計画研究は安定性理論に立脚して組織構造や要素渦の形成・発達・崩壊機構を調べ,乱流の要素的操作法を開拓することを目的とした.壁乱流の組織構造と要素渦の発生に関する研究では低速ストリークの発生・成長と不安定性に注目し実験的に調べた.まず乱流境界層の壁近くを壁面吸込で層流化した場合に強い残留乱流変動が低速ストリークの代数的増幅を促す様子を観察し,そのストリークの不安定で要素縦渦が生まれる過程を捉えた.次に単一および周期的配列の低速ストリークを層流境界層中に実現してストリーク不安定性を調べ,その不安定性が進行して壁乱流構造が発達する過程を明らかにした.要素渦成長の非線形過程に関する研究では回転系一様剪断乱流の秩序渦構造の発生過程を数値シミュレーションで調べ,平均絶対渦度がゼロの状態で,長時間持続する管状渦構造の生成・維持機構を見いだした.すなわち,背景一様渦度場と同じ方向の渦度を持つ渦層が比較的強い渦塊から発達し,すぐ巻き上がって管状構造へ発達する.この管状渦構造はそれ自身が誘起する圧力勾配とコリオリカの複合作用で強化されることにより長時間維持される.乱流要素渦と組織渦の要素的操作に関する研究では,まず縦渦による超音速混合促に焦点を合わせ,線形安定理論と数値シミュレーションにより中空縦渦の不安定特性と混合能を調べ,次に超音速縦渦混合場にキャビティ振動による小スケール渦を注入する実験を行い,超音速混合促進に有利な乱流場を実現して,超音速縦渦の渦レイノルズ数が約10^4に達すると,コルモゴロフの-5/3乗則スペクトル分布に従う変動が現れることを示した,渦度操作に関する研究では柔毛の空力効果を表すモデルを考案し,柔毛壁層流境界層や円柱周りの流れを境界層理論や数値シミュレーションで調べ,前者についてはTS波動に着目した安定性理論による計算や実験も行い,モデルの妥当性を確かめた.
|
