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回転体乱流境界層中のらせん渦構造の同定と解明

研究課題

研究課題/領域番号 17560141
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 流体工学
研究機関岐阜大学

研究代表者

山下 新太郎  岐阜大学, 工学部, 教授 (20023236)

研究分担者 渡辺 崇  名古屋大学, エコトピア科学研究所, 教授 (40182927)
井上 吉弘  岐阜大学, 工学部, 助教授 (00176455)
福島 千晴  広島工業大学, 工学部, 助教授 (30262752)
研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
2006年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2005年度: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
キーワード三次元壁乱流 / 回転体 / 組織構造 / 境界層 / らせん渦 / 固有直交分解 / 間欠係数 / スペクトル / 動的組織構造 / VITA法 / 四象限分割法
研究概要

本研究は三次元壁乱流の最も基本的なモデルであり,体積力や付加歪み速度を伴う複雑乱流の一つとして,軸流中の回転円筒上のねじれた速度分布の乱流境界層の組織構造を実験的に調べ,特にその中のらせん渦構造を同定・解明しようとするものである.
実験は,まず円筒が静止している場合の乱流境界層の瞬時時系列データからVITA法および四象限分割法を用いて,バースト現象,乱流組織構造を解析した.その結果からは,平板乱流現界層との決定的相違は見出されなかった.
らせん渦構造を調べるため,熱線レイクシステムを新規に構築し,動的構造の抽出を平板境界層に対して試み,瞬時多点同時計測データに対して固有直交分解による解析を行った.その結果,組織構造の同定には第1モードの固有関数のみならず,第2モードの寄与も考慮せねばならないことが明らかとなった.そして,これらの第1,第2モードによって境界層外層における乱流・非乱流という構造の一つを同定しうることを示した.
次に,円筒回転時におけるねじれた平均速度分布と変動速度分布を熱線流速計により測定し,平均速度分布に対してこれまでに提案された各種の法則の妥当性を検討した。
外層の乱流組織構造を調べるための第一段階として,扁平度と間欠係数を調べたが,これらのパラメータによっては回転円筒特有の組織構造を捕らえることは困難であった。そこで変動速度のパワースペクトルを調べた。平板と静止円筒の場合,周波数の増加とともに単調に減少するスペクトルを示すのに対し,円筒回転時にはスペクトルにバンプが発生し,回転速度が大きいほどバンプが生じる周波数が高いことが示された。これは回転円筒乱流境界層の組織構造が,スペクトルにその特徴が現れるほど規則的なものであることを示すものであり,円筒に巻きつく形態のらせん渦構造の存在が裏付けられた。

報告書

(3件)
  • 2006 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2006 2005

すべて 雑誌論文 (23件)

  • [雑誌論文] 三次元壁面噴流に関する実験的研究(発達域における横断面内の流れ場)2006

    • 著者名/発表者名
      井上 吉弘
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(B編) 72・724

      ページ: 2940-2947

    • NAID

      110006153414

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書 2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 軸流中の回転円筒上乱流境界層の実験(外層の整構造)2006

    • 著者名/発表者名
      山下 新太郎
    • 雑誌名

      日本機械学会2006年度年次大会講演論文集 Vol.2

      ページ: 417-418

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 壁せん断乱流の外層構造に関する実験的研究(平板境界層と平面壁面噴流)2006

    • 著者名/発表者名
      井上 吉弘
    • 雑誌名

      日本機械学会流休工学部門講演会講演論文集 No.G905(CD-ROM)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 形状の異なるノズルから噴出させられた噴流の近傍構造に関する実験2006

    • 著者名/発表者名
      井上 吉弘
    • 雑誌名

      日本機械学会流休工学部門講演会講演論文集 No. 1701(CD-ROM)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書 2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 三次元壁面噴流の大規模流れ構造に関する可視化実験2006

    • 著者名/発表者名
      井上 吉弘
    • 雑誌名

      可視化情報学会全国講演会講演論文集 26・Suppl.2

      ページ: 329-330

    • NAID

      10018247641

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Experimental Study on a Three-Dimensional Wall Jet (Flow Field in a Cross-Section of Developed Region)2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Inoue, H.Yano, S.Yamashita
    • 雑誌名

      Transactions of JSME (in Japanese) Vol.72, No.724

      ページ: 2940-2947

    • NAID

      110006153414

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Experiments on the Turbulent Boundary Layer on a Cylinder Rotating in an Axial Flow (Coherent Structure in the Outer Layer)2006

    • 著者名/発表者名
      S.Yamashita, H.Yano, Y.Inoue, C.Fukushima
    • 雑誌名

      Preprint of JSME Mechanical Engineering Conference 2006 (in Japanese) Vol.2

      ページ: 417-418

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Experimental Study on Outer-Layer Structures of Wall-Bounded Turbulent Shear Flows (Flat Plate Boundary Layer and Plane Wall Jet)2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Inoue, Y.Sakai, S.Yamashita
    • 雑誌名

      Preprint of JSME Fluids Engineering Conference (in Japanese) No.G905(CD-ROM)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Experiments in the Near-Field Structures of Circular Free Jets Issued from Various Shaped Nozzles2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Inoue, Y.Yamada, S.Yamashita
    • 雑誌名

      Preprint of JSME Fluids Engineering Conference (in Japanese) No.1701(CD-ROM)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Visualization of Large-Scale Flow Structures in a Three-Dimensional Wall Jet2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Inoue, H.Yano, S.Yamashita
    • 雑誌名

      Journal of the Visualization Society of Japan (in Japanese) Vol.26 Suppl., No.2

      ページ: 329-330

    • NAID

      10018247641

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 壁せん断乱流の外層構造に関する実験的研究(平板境界層と平面壁面噴流)2006

    • 著者名/発表者名
      井上 吉弘
    • 雑誌名

      日本機械学会流休工学部門講演会講演論文集 No. G905(CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 軸流中の回転円筒上乱流境界層の実験(外層の整構造)2006

    • 著者名/発表者名
      山下 新太郎
    • 雑誌名

      日本機械学会2006年度年次大会講演会講演論文集 Vol. 2

      ページ: 417-418

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 三次元壁面噴流の大規模流れ構造に関する可視化実験2006

    • 著者名/発表者名
      井上 吉弘
    • 雑誌名

      可視化情報学会全国講演会講演論文集 26・suppl. 2

      ページ: 329-330

    • NAID

      10018247641

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] A Comparative Study on the Coherent Structures in 2D and 3D Wall Jets2005

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro INOUE
    • 雑誌名

      Proceedings of International Conference on Jets, Wakes and Separated Flows, Toba, Japan

      ページ: 79-84

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on the Coherent Structure of a Wake behind a Torus2005

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro INOUE
    • 雑誌名

      Proceedings of International Conference on Jets, Wakes and Separated Flows, Toba, Japan

      ページ: 777-782

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 超音波速度分布計を用いた円柱後流の放出渦度測定2005

    • 著者名/発表者名
      井上 吉弘
    • 雑誌名

      日本機械学会2005年度年次大会講演論文集 Vol.2

      ページ: 95-96

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] キャビティ上を過ぎる壁面噴流からの放射音場に関する実験2005

    • 著者名/発表者名
      井上 吉弘
    • 雑誌名

      日本機械学会流休工学部門講演会講演論文集 No.706(CD-ROM)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] トーラス体後流の流れ構造に関する実験的研究(迎え角のある場合)2005

    • 著者名/発表者名
      井上 吉弘
    • 雑誌名

      日本機械学会流休工学部門講演会講演論文集 No.1101(CD-ROM)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Comparative Study on the Coherent Structures in 2D and 3D Wall Jets2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Inoue, J.Funato, S.Yamashita, H.Yano, A.Sawada A
    • 雑誌名

      Proceedings of International Conference on Jets, Wakes and Separated Flows, Toba, Japan

      ページ: 79-84

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Study on the Coherent Structure of a Wake behind a Torus2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Inoue, J.Fujita, S.Yamashita
    • 雑誌名

      Proceedings of International Conference on Jets, Wakes and Separated Flows, Toba, Japan

      ページ: 777-782

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measurements of the Shedding Vorticity into a Wake behind a Circular Cylinder using the Ultrasonic Velocity Profile Monitor2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Inoue, J.Fujita, Y.Yamada, S.Yamashita
    • 雑誌名

      Preprint of JSME Mechanical Engineering Conference 2005 (in Japanese) Vol.2

      ページ: 95-96

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Experiments in the Sound Field Radiated by a Wall Jet over a Cavity2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Inoue, T.Kobayashi, S.Yamashita
    • 雑誌名

      Preprint of JSME Fluids Engineering Conference (in Japanese) No.706(CD-ROM)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Experimental Study on the Flow Structures in a Wake behind a Torus (Inclined Cases of the Axis to Main Flow)2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Inoue, S.Yamashita
    • 雑誌名

      Preprint of JSME Fluids Engineering Conference (in Japanese) No.1101(CD-ROM)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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