| 研究課題/領域番号 |
13650178
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
流体工学
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| 研究機関 | 豊橋技術科学大学 |
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研究代表者 |
蒔田 秀治 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (40135413)
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| 研究期間 (年度) |
2001 – 2002
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| 研究課題ステータス |
完了 (2002年度)
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| 配分額 *注記 |
3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
2002年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2001年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
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| キーワード | 境界層 / 遷移 / 乱流斑点 / 馬蹄形渦 / 乱流バルジ / 境界層制御 / 可視化 / 条件付計測 |
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| 研究概要 |
本研究では、層流・乱流境界層中に存在する渦構造の発達および干渉過程を解明し、境界層の乱流遷移機構を統一的に説明し得るモデルを構築することを目的とし、層流境界層中の乱流斑点や乱流境界層中の大規模馬蹄形渦などの相互干渉過程に関する実験を行った。風洞中に置かれた平板上に形成した層流・乱流境界層中に各々一対の乱流斑点や馬蹄形渦を人為的に発生させ、それらを相互干渉させた時における渦構造の変化を熱線プローブによる計測と煙線法による可視化を行い、以下の結論を得た。
1.層流境界層中で二つの乱流斑点をスパン方向に並べて干渉させた場合、斑点同士の融合部では、単独斑点と比較して斑点を構成するヘアピン渦同士の干渉によって鉛直方向への成長が促進され、その上層部に横渦を有する強い構造が形成される。それが乱流境界層中の最初の大規模渦構造(バルジ)へと発達する可能性を示した。
2.乱流境界層中で二つの大規模馬蹄形渦をスパン方向に並べて干渉させた場合、馬蹄形渦の内側脚部が分離し、馬蹄形渦の頭部が結合し、M字型構造を経て大規模馬蹄形渦を形成する。その時、分離した内側脚部は低層におけるストリークへと変化する。
3.乱流境界層において、一方の馬蹄形渦を20msecの位相差をつけてスパン方向に並べた場合、内側脚部上部の下流側に馬蹄形頭部のバルジとは逆方向に回転する渦構造が表れ、真横に並べた場合のような明確な馬蹄形渦頭部の結合は生じない。この時、後続馬蹄形渦は先行馬蹄形渦に比べて早く減衰する。
4.流れ方向に位相差をつけて二つの馬蹄形渦を相互干渉させた場合、低速上昇流が重なり合い、そこに単独馬蹄形渦よりも強いレイノルズ応力が発生する。
5.層流境界層中の乱流斑点の内部構造(ヘアピン渦)や、乱流境界層中の馬蹄形渦の相互干渉による変化の過程を解明することによって、渦モデルを用いた境界層遷移に関する統一的なモデルを構築することができた。
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