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本研究は瞬時の速度場データを基に圧力分布を算出することにより、定量的な評価が極めて困難であった圧力変動と速度変動の相関を求め、圧力変動を媒介とする乱流輸送機構について現象論的なモデルを構築することを目的とした。圧力場の算出は、離散化された圧力のPoisson方程式に、粒子画像流速計(PIV)により実測した速度場情報を代入し数値解析を実行し、実験と数値解析の有機的な結合によるハイブリッド手法を新たに提唱した。
研究初年度は対象とする流れ場に2次元性の強い角柱後流ながれを取り上げ、計測と解析を行った。その結果、角柱の後流に放出される、角柱と同程度の規模を持つ渦構造と圧力分布との間に、おおむね妥当な対応関係を見出すことができた。また、圧力のPoisson方程式を解く際に必要となる周囲境界条件の設定に検討を加え、圧力変動強度がより妥当に評価できる手法を確立した。以上の検討を基に、乱流エネルギの輸送方程式における各項のバランスを評価し、圧力拡散と乱流拡散の相互作用を捉えることができた。
研究2年度は実験と等価の条件で数値シミュレーションを行い、乱流エネルギの輸送方程式の収支について、より詳細な考察を加えた。乱流場の最小スケールに相当するコルモゴロフの長さスケールに対して、計算格子サイズを数倍程度となるように考慮し、有限体積法により計算を行った。以上のシミュレーションの結果を利用して、角柱中央断面の周囲で乱流エネルギならびにレイノルズ応力の各成分について輸送方程式中の圧力相関項の評価を行った。その結果、乱流拡散輸送と圧力拡散輸送の間の関連は、従来言われていたような比例関係が成り立たない領域が殆どであることがわかった。これは、前年度の実験結果と整合するものであった。現在の乱流モデルで使われている勾配拡散モデルではこのような物理現象を表すことができず、速度-圧力相関の項についてのモデル開発が重要であることが確認できた。
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