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本研究は、流下液膜の三次元表面波が一様流中の平板上の速度境界層の遷移域において観察される馬蹄形渦と類似していることに着目し、液膜の二次元表面波から三次元の馬蹄形表面波(渦)に至る過程の運動特性を明らかにすることを目的とする。初年度の1999年度は、まず、鉛直平面を流下する液膜の入口部に二次元擾乱を与え、二次元表面波を形成させるとともに、スパン方向に種々の波長の三次元擾乱を与えて、規則的な馬蹄形表面波(渦)を形成させる装置を製作した。予備的実験により、付与された擾乱によりコントロールされていない外部からの乱れが抑制され、規則性の高い馬蹄形表面波を形成し得ることを確認した。さらに、サイズがより大きく、速度のより大きな表面波は、より小さなスパン方向波長で最大の成長速度を有することを明らかにしつつある。
平行して、単一の馬蹄形表面波(渦)を形成し、その運動特性を観察するため、鉛直円管内壁を流下する液膜を形成し、馬蹄形表面波(渦)を実現する実験装置を製作した。ユニークな液膜形成方法を考案し、まず、規則的な二次元表面波の形成が可能であることを確認した。さらに、三次元擾乱を付与することにより馬蹄形表面波(渦)に成長することも確認した。単一の馬蹄形表面波(渦)を用いた実験は、隣り合う表面波(渦)の相互作用を排除したより単純な条件で実験が可能であり、運動特性を明らかにする際に有効であると考えられる。
来年度は、これらの実験装置を用いて、馬蹄形表面波(渦)の運動特性に関する実験的研究を行う予定である。
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