乱流はく離流れの能動制御

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03452120
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 木谷 勝 北海道大学, 工学部, 教授 (50001160)
• 研究分担者: 井門 康司 北海道大学, 工学部, 助手 (40221775) ; 望月 修 北海道大学, 工学部, 助教授 (50157830)
• キーワード: 乱流 / 複雑乱流 / 剥離流れ / 流れの制御 / 周期的攪乱 / 能動制御 / 剥離領域 / 乱流構造

研究概要

(1)直角に切り落とされた前縁をもつ円柱(鈍頭円柱)の剥離せん断層内に二つの周波数f_1、f_2をもつ正弦波攪乱を与え、両者の位相差φを系統的に変化させて、乱流剥離領域の応答を調べた。基本周波数f_1としては、単一周波数の攪乱で最小の再付着長さの得られた周波数を採用し、第二の周波数f_2をf_1の高調波成分、分調波成分、f_1に近い値などに設定した。この結果、f_2が1次高調波成分2f_2に等しいとき再付着長さの位相依存性が最も強いことが明らかになった。
(2)f_1とf_2=2f_1の組み合わせにおいては、再付着長さはφ=180ﾟのとき単一周波数f_1の攪乱に対するものよりも大きく、逆にφ=0ﾟのとき小さくなる。このことは、攪乱速度が急に増加したあと緩やかに減少するとき再付着長さは小さく、逆に緩やかに増加して急に減少するとき再付着長さは大きくなることを示唆している。再付着長さを最小とする位相差は、攪乱強さにあまり依存しないが、再付着長さが最大になる位相差は攪乱強さの増加とともに180ﾟよりも小さくなる傾向がある。
(3)剥離せん断層における速度変動スペクトルの下流方向への発展は、位相差φ=0ﾟにおける渦の合体が、φ=180ﾟのときに比較してより前縁に近い位置で発生することを示している。このような早期の渦合体は、大きな渦の形成とこれに伴う連行速度の増加に対応し、再付着長さの減少をひきおこす。
(4)f_2として基本周波数f_1の3倍以上の周波数を採用したときに、再付着長さの位相依存性が弱いのは、合成された攪乱速度の波形が位相差によって顕著な差異を示さないからである。
(5)f_2としてf_1とやや異なる周波数f_1±△fを与えると、再付着長さは単一周波数f_1のときよりも減少する。ただし、これらの周波数の組み合わせについては位相差は定義できない。
(6)二つの周波数成分の位相差と再付着長さの関係に対するレイノルズ数の効果を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] 清水 昌幸: "周期的攪乱に対する乱流は(離泡の応答 (攪乱周波数、攪乱強さおよびレイルズ数の影響)" 日本機械学会論文集B編. 59. (1993)
• [文献書誌] 木谷 勝: "鈍頭円柱前縁は(離領域の構造と周期的攪乱に対する応答" 日本機械学会論文集B編. 59. 366-373 (1993)
• [文献書誌] M.KIYA: "Sinusoidal Forcing of an Axisymmetric Leading-Edge Separation Bubble" Proceedings of the 11th Australasian Fluid Mechanics Conference、Hobart、Australia. 2. 993-996 (1993)
• [文献書誌] 木谷 勝: "周期的攪乱に対する乱流は(離泡の応答" 日本機械学会論文集B編. 58. 2953-2958 (1992)
• [文献書誌] M.KIYA: "Bistable Flow around Two Tandem Circular cxlinders" Proceeding of the Fifth Asian Congress of Fluid Mechanics,Taejon,Korea. 1. 41-44 (1992)
• [文献書誌] M.KIYA: "Numerical Simulation of Three-Dimensional Vortex Motion" Proceedings of the Fifth Asian Congress of Fluid Mechanics,Taejon,Korea. 1. 431-438 (1992)
• [文献書誌] 木谷 勝(分担執筆): "乱れと波の非線形現象" 朝倉書店, (1993)