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本研究は、二次の化学反応を伴う、乱流場の局所の一点で二つの反応物質の瞬間濃度と速度をコルモゴロフスケールよりも小さな分解能で測定する技術を波長差を利用したレーザ螢光法およびレーザドップラー法を用いて開発し、反応物質の乱流拡散機構と混合反応機構を解明することを目的とした。さらに、この結果及び乱流の直接数値計算結果を用いて、従来の反応乱流に関する乱流モデルの性能を比較し、より正確な実用化モデルの構築に対する知見を与えることを目的とした。
本研究では、レーザー螢光法とレーザ・ドップラー法による濃度と速度の同時測定技術を独自に開発し、この技術を用いて二次の化学反応を伴う液相の格子乱流場での乱流濃度フラクッスの直接測定に成功した。この測定により、反応乱流のモデル化に役立つための濃度統計量に関する正確なデータを蓄積した。この結果、反応乱流場に対しては、乱流拡散係数を用いた勾配拡散型のモデルが成立しないことが明らかになった。また、この実験とは別に、乱流の直接数値計算法(DNS)を開発し、液相と気相の両相の反応乱流場での濃度統計量を計算することに成功した。このDNSによる計算結果と本研究で得た液相の反応乱流場での濃度統計量の実測値は良好に一致し、液相と気相の反応乱流場での分子拡散係数の違いの効果が明らかになった。さらに、従来の反応乱流場での濃度変動相関項に対するクロージャ・モデルの性能比較を本研究で得られた実測値を用いて行い、クロージャ・モデルの問題点を明らかにした。その結果、代表研究者らが開発したストキャスティックモデルと3Eモデルと呼ばれるクロージャ・モデルが現時点では優れたモデルであることが明らかになった。
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