| 研究課題/領域番号 |
02650317
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| 研究機関 | 大阪府立大学 |
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研究代表者 |
馬場 信弘 大阪府立大学, 工学部, 講師 (10198947)
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| 研究分担者 |
西尾 茂 大阪府立大学, 工学部, 助手 (30208136)
高松 健一郎 大阪府立大学, 工学部, 助手 (10081390)
平野 進 大阪府立大学, 工学部, 講師 (70081388)
姫野 洋司 大阪府立大学, 工学部, 教授 (50081394)
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| キーワード | 自由表面 / 乱流 / 跳水 / ナビエ・スト-クス方程式 / 有限体積法 / 熱膜流速計 / 組織的構造 / 砕波 |
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| 研究概要 |
自由表面を1つの境界とする自由乱流がその近傍でどのような構造を持つのか、そしてその構造がどのような力学的な機構で形成されるのかということを明らかにするため、実験と計算を行った。自由表面は大きい密度差をもつ2つの流体の不連続面であり、乱れの運動に対して壁面と似た拘束条件を与えると考えられ、また一方では自由表面は剪断応力が働かない特異面であり、特別な不安定性の要因となると考えられる。今年度は自由剪断乱流の組識的な構造が自由表面という拘束条件によってどのように変化するかを調ベるため、自由表面が急激に変形する開水路内の跳水について自由表面近傍の乱れの構造を調べた。
跳水は自由表面が不安定になって波高が不連続に変化する現象であり、砕波の一種である。まず設備備品として購入した熱膜プロ-ブを用いて流速変動を計測するシステムを開発した。プロ-ブのサポ-トが渦励起振動を起こさないように十分注意して設計し、計測デ-タをAD変換して統計処理を行うソフトを開発した。曳航水槽において一様流中で計流したところ、曳航台車の振動などいくつかの問題点が伴明したが、ある程度大きな乱れの成分の計測には支障はないことが分かった。つぎに線形理論によって跳水が起こる条件を予測し、開水路を設計した結果、ほぼ理論値と一致する波高差の跳水を実現できた。熱膜流速計で跳水の前後で自由表面近傍の変動流を計測した結果、跳水は激しい乱れを伴うことが分かった。また2次元ナビエ・スト-クス方程式を有限体積法で解く計算方法を開発し、非線形な自由表面条件を組み込んで、実験と同じフル-ド数で数値シミュレ-ションを行った。その結果、跳水は計算でも再現され、跳水が起こる詳細な過程が明らかになり、また大規模の渦運動を伴うことが分かった。
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