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乱流の素過程と考えられる渦の変形や合体、渦線の繋ぎ変えなどの機構の問題を、実験的に調べることが目的である。本年度は、衝撃波管を用いて高速渦輪を生成し、以下の相互作用による渦運動状態の時間発展を、色素パルスレーザを光源としたシャドウグラフ法によって観測した。得られた新しい知見は以下のようである。
1.2つの渦輪がpi/2またはpi/3の角度をもって衝突して行く場合の、渦の合体、再結合の問題。
両場合とも、まず放射された衝撃波と相互干渉をする。渦輪は衝撃波によってほとんど影響を受けないが、渦核内を通過する衝撃波は、進行速度が遅れ、捻れた形で渦領域内に取り残される。渦輪の一部(ヘッド)が互いに接近すると、両渦核を結んで定在衝撃波が生成され、両渦核が接触し始めるに連れて消えていく。渦が合体消滅など激しく干渉すると音波が放射される。pi/3の角度で衝突していく場合は、渦が合体し再結合を起こして大きく変形していく様子が見られた。しかし渦輪生成後の後引き流れで第2の渦輪ができ、それが最初の渦輪同志の合体などに影響を与えており、衝撃波後の流れを少なくする必要がある。
2.渦輪が平板に衝突していく場合の、渦輪と平板境界層との相互作用の問題。
渦輪が平板に接近すると、渦輪の直径より少し大きな円形の強い境界渦が壁面上に形成される。この壁面渦は成長し、渦輪の直径の伸びと共に伸びていくが、前と同様に、渦輪と壁面渦との間には衝撃波が形成される。壁面渦はさらに発達して、壁面に垂直方向に伸びだして、ソレノイド状に渦輪に巻付いていく。このとき音波が放射される。巻付いた境界渦は少しずつまとまって立ち上がっていき、弱い渦となって拡散していく。渦輪は直径が大きく伸ばされて、細い渦輪となって壁面前に停滞する。
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