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本研究は、鉛直方向に直線的な密度勾配を持った静止流体中において、垂直に配置した円柱を円柱軸と直角方向に正弦的に振動させたときに、円柱まわりに誘起される二次的流れの構造と三次元不安定現象の出現に対する密度勾配の効果、及び三次元的構造の密度勾配、温度勾配に対する依存性を実験的に調べたものである。振動条件は、均質流体中において三次元不安定も最も強く現れる振動数と振幅の範囲で調べた。
実験の結果、円柱振動によって誘起される流れが円柱軸方向に三次元的な構造となるいわゆる第1の不安定現象は、作業流体の密度勾配が大きいほどその出現が抑制されることが明らかになった。また、この円柱軸に沿って層化された流れ(脈流と呼ぶことにする)は、円柱近傍より水平面内で振動的に押し出されて進んでいく。この脈流放出の周期と円柱振動数、密度勾配との関係も調べられた。その結果、密度勾配が小さいほど脈流放出振動数は小さい。また、一定の密度勾配においては、円柱振動数が大きくなると脈流放出振動数は小さくなることがわかった。さらに、この円柱軸方向に沢山並んだ脈流の振動的な放出の位相が円柱軸方向にずれていく現象があり、その原因は、円柱モデルの両端に端板があるかどうかということと作業流体の鉛直方向温度分布に強く依存していることがわかった。この第1の不安定現象は、密度勾配が大きいほど円柱振動数の広い範囲で起こる。この範囲を円柱振動数の大きい方に越えると、第2の不安定が起こり、流れは円柱軸方向に三次元的構造を持っているものの、均一流体中での三次元不安定と同様に水平面内で直線的な構造を持った流れが現れることが明らかになった。
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