| 研究概要 |
回転2重円柱周りの流れの発達,分岐構造を、力学的側面から,数値的に明らかにした.また,単純な円柱形状のみならず,軸を持つ円盤の場合も,解析対象とした.回転円柱の場合は,自由表面を持つ流れと,初期の静止とみなされる流動状態のゆらぎに注目した.自由表面を持つ流れでは,これまでの重力効果を取り入れた方法に,表面張力効果を追加することにより,より詳細な解析を行った.その結果より,内円柱回転による遠心力効果は,まず自由表面側から現れ,次に,下面の固定端に,エクマン層が発達する過程を明らかにした.最終的な流れは,自由表面側で形成される表面波も含めて,実験的観測と,よく一致することを示した.物理的流動場では,実験誤差などの不可避な影響にさらされている.このため,本研究では,初期の乱れが流れに及ぼす影響を,数値的に調べた.まず擬似的な等方流動場を生成した.そして,粘性速度スケールを基準として,各種強度の初期速度場を形成した.この初期速度を用いて,内円柱の静止状態からの増速率を様々に設定した時の,流れの発達様式,そして,最終的に形成される流れのモードを調べた.その結果,'初期乱れの強さにより,最終モードは,影響を大きく受けること,そして,現れる最終モードは,実験的に観測されているモードと非常によく一致することを見出した.回転円盤の流れでは,特に,円盤リムと外側円柱の間の隙間が存在し,そこで現れる,遠心力に誘発される双対渦流れに注目した.そして,双対渦が,円盤回転数により,突然,非定常運動を始める分岐構造を,各種の円盤半径において明らかにした.また,隙間が大きくなると,隙間がないとした場合とは異なる,新しい流れの発達過程が現れることを示した.
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