| 研究概要 |
研究代表者は以前,円柱挿入により撹乱を与えた平板乱流境界層において,熱および運動量輸送の「非相似性」現象を見い出したが,本研究では特に,バースティングなどの乱流境界層特有の乱れ構造と挿入物体背後に発生するカルマン渦の挙動との関連において,非相似性発現機構の実験的検討を行った.また,数値解析も実施し,そのモデル化に関する考察を加えた.
実験的研究においては,(1)円柱または偏平率の異なる楕円柱,(2)背面に分離板を付設した角柱のぞれぞれを平板乱流境界層中に挿入する場合について,流速,圧力,平板面温度を測定し,四象限分析,スペクトル解析,ウェーブレット変換などを施した.その結果,(1)では,偏平率の増加とともに平板面の熱伝達率が単調減少する一方,摩擦係数と相似性パラメータはある偏平率を境に変化傾向が逆転した.また,偏平柱の挿入高さを変更しても類似の結果が得られた.乱流構造については,平板面近傍でのインタラクション運動の選択的強化が非相似性の発現に関連することを示した.
(2)では,分離板を長くするとカルマン渦の発生が抑制され,インタラクション運動・スイ-プ運動も選択的に抑制されて,相似性パラメータが単調に減少することを示した.
数値解析的研究においては,角柱挿入状態での(1)層流境界層,(2)乱流境界層の非定常熱流動計算コードを開発した.(1)では,角柱と平板のすき間を変更すると,流れの非定常特性が変化し,定常流下では非相似性は発現せず,非定常流下では統計的な非相似性が発現することを示した.その非相似性はカルマン渦放出と対応して発現する瞬間的な非相似性と関連することが分かった.
(2)でもやはり定常の場合には非相似性が発現せず,非定常計算を実行して初めて実験値と良好に対応する統計的な非相似性を予測し得た.この非相似性もカルマン渦放出と対応する瞬間的な非相似性と関連することが分かった.
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