| 研究概要 |
本研究は線形不安定過程をバイパスする強い攪乱による境界層遷移を対象としている.特に粘性効果の大きな低レイノルズ数の平板上境界層のバイパス乱流遷移に注目し,亜臨界レイノルズ数領域の壁面小孔から強いヘアピン渦撹乱を導入し撹乱域のスパン方向成長(乱流コンタミネーション)およびそれを引き起こすヘアピン渦/縦渦の再生成機構をを実験的に調べた.以下に結果を要約する.
十分強いヘアピン渦撹乱を励起したとき,運動量厚さに基づくレイノルズ数R_0が130を越えると(線形論による臨界値は200)乱流楔が発達する.ただし,亜臨界領域においては撹乱域のスパン方向への成長が非常に弱く,乱流域のスパン方向拡がり角は,2度(半幅角の値)程度しかなく,高レイノルズ数での乱流楔の広がり角(約10度)に比べて遥かに小さい.
励起したヘアピン渦の流下と共に,渦の脚部に相当する縦渦対による低速ストリークが発達し,低速ストリーク上の速度分布の変曲点不安定および縦渦と壁との干渉(非定常剥離)によるヘアピン渦の生成により乱流への遷移軌道にのる.また乱流楔のスパン方向の成長は,縦渦の誘起場による周囲(層流境界層)の渦線の変形と境界層速度勾配による傾斜・伸長により周囲(横)にも新たに縦渦・低速ストリークが生まれ,この低速ストリーク上剪断層の変曲点不安定によるヘアピン渦への崩壊により進行する.上記臨界状態では,ヘアピン渦の再生成は粘性拡散時間と同程度で起きていることも確認された.
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