| 研究概要 |
有限長の回転2重円柱間で発達する流れ,および,有限の幾何形状を持つ円柱容器内で回転する有意な厚さを持った円板まわりの流れにおいて,初期の静止状態から回転によって誘発される撹乱の成長を,数値的なシミュレーション,および,実験的な測定により見積もった.
両端が固定端の回転2重円柱の場合,定常トロイダル渦流れが現れる過程,および,波動トロイダル渦が発達する過程を対象とした.このとき,静止状態から線形に回転角速度が大きくなる増速率の効果についても考慮した.流れの発達は,速度エネルギとエンストロフィにより調べた.円柱の増速率は,定常的な渦モードの発生とともに,波動渦のモードの決定に影響を与える.円柱の増速率が大きな場合には,流れの発達の中間段階で,付加的な渦が形成される.波動撹乱が成長する分岐点を,アスペクト比(円柱長さ/2円柱隙間)とレイノルズ数が張る空間で,数値的,実験的に決定し,定性的な一致を得た.
両端が固定端面の回転2重円柱に加えて,一方の端面が自由端面である場合の流れの発達を調べた.この場合,2重円柱の軸は鉛直方向である.円柱の回転に伴い静止状態から発達する流れでは,まず,固定端面上のエクマン層から撹乱が成長し,ついで自由端面に変動が現れる.これに対して円柱壁面から直接発達する撹乱の成長率は小さく,ここでの流れは両端面からの変動の影響を大きく受ける.最終的に得られる非定常流れでは,自由表面の変動スペクトルが,実験的測定,数値的予測で,よい一致をみた.
回転円板まわりの流れをアルミ粉で可視化し,ビデオストリームを時系列解析することで,撹乱の発達を調べた.同時に,PIVにより速度場を計測し,空間的な撹乱成長を特定した.円板と円柱容器の間で発生する渦は,スパイラル渦,乱流スパイラル渦の成長に大きな影響を与える.この過程を,実験的な測定,および,数値的な予測により明らかにした.
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