乱流要素渦と組織構造の形成と発達

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12125203
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 西岡 通男 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (60081444)
• 研究分担者: 柳瀬 眞一郎 岡山大学, 工学部, 教授 (20135958) ; 浅井 雅人 東京都立科学技術大学, 工学部, 教授 (00117988) ; 村上 洋一 大阪府立大学, 工学研究科, 助教授 (90192773)
• キーワード: 乱流 / 流れの不安定性と遷移 / 乱流機構 / 乱流組織構造 / 壁乱流 / 乱流要素渦 / 乱流制御 / 超音速混合・燃焼促進

研究概要

各研究分担者の研究成果を交付申請書に記載した課題順にまとめる.
1 壁乱流の組織構造と要素渦の発生に関する実験的研究(浅井雅人担当)
層流境界層と乱流境界層を局所吸込みで層流化した境界層にスパン方向に周期的に並ぶ低速ストリークを導入して変動の成長を実験で調べた結果,前者の場合,ストリークの蛇行に導くSINUOUSモードとヘアピン渦をつくるVARICOSEモードのいずれについても,波長がストリーク間隔に等しい基本波数モードに比べ2倍波長の分調波数モードの増幅が大きいが,後者の場合は強い残留乱流変動の過渡的増幅に支配され,基本波数SINUOUSモードの出現率が最大となることが示された.
2 壁乱流要素渦成長の非線形過程に関する数値実験(柳瀬眞一郎担当)
数値シミュレーションをもとに回転剪断乱流中の秩序渦構造の発生機構を明らかにした.局所的にケルビン・ヘルムホルツ不安定が起き,ロールアップで渦管が生まれ,一様剪断流の影響で流れ方向にそろった渦構造できる.この過程でコリオリ力が本質的な役割を果たし,平均絶対渦度がゼロの場では,渦管構造が安定に持続される.
3.乱流要素渦と組織渦の要素的操作に関する実験的研究(西岡通男担当)
縦渦による超音速混合促進に関する研究では,まず,中空縦渦の安定特性を線形安定理論から明らかした.次に,超音速キャビティ振動の機構を調べ,自励振動の周波数予測式を導出し,実験で妥当性を検証した.これらの成果に基づき,キャビティ振動による小スケール渦を超音速縦渦混合場に注入する実験を行い,超音速混合促進に有利な流れを得た.さらに,PIV計測により超音速キャビティ渦流の3次元性を捉えた.
4.乱流要素渦と組織渦の要素的操作に関する数値的研究(村上洋一担当)
柔毛繊維の抵抗体として作用を円柱の周りの流れを対象に数値シミュレーションで調べ,レイノルズ数が200,400の場合には圧力や渦度変動でみた柔毛の効果に違いがないことが示された.

研究成果

• [文献書誌] Yanase, S., Kawahara, G., Kiyama, H.: "Evolution of three-dimensionality in a backward-facing step flow"Computational Fluid Dynamics JOURNAL. 11・2. 208-212 (2002)
• [文献書誌] Murakami, Y., Fukuta, H.: "Stability of a Pair of Planar Counter-Rotating Vortices in a Rectangular Box"Fluid Dynamics Research. 31. 1-12 (2002)
• [文献書誌] Yanase, S., Kaga, Y., Daikai, R.: "Laminar flows through a curved rectangular duct over a wide range of the aspect ratio"Fluid Dynamics Research. 31. 151-183 (2002)
• [文献書誌] Asai, M., Minagawa, M., Nishioka, M: "The Instability and Breakdown of a Near-Wall Low-Speed Streak"J. Fluid Mech.. 455. 289-314 (2002)
• [文献書誌] 柳瀬眞一郎, 岡田隆徳, 太田貴憲: "立方体箱内自然体流の遷移に関する数値的研究"日本機械学会論文集B編. 66・644. 997-1003 (2002)
• [文献書誌] 浅井雅人, 星武 志, 田部井康一: "壁面吸込みによる平板上境界層の再層流化と再遷移"日本機械学会論文集B編. 68. 1016-1021 (2002)
• [文献書誌] Saitoh, N., Asai, M., Itoh, N: "Development of Localized Disturbances from an Oscillating Point Source in Compressible Boundary Layers"Trans. Jpn. Society Aeronautical and Space Science. 45. 211-216 (2003)
• [文献書誌] 須浪徹治, マイケル・ウェント, 西岡通男, 村上淳郎, 工藤賢司: "縦渦導入型燃料噴射ストラットの超音速混合燃焼実験(第1報)"日本航空宇宙学会論文集. 50・579. 135-141 (2002)
• [文献書誌] 西岡通男, 浅井智宏, 坂上昇史, 白井幸次: "超音速キャビティ流の振動機構に関する考察 第1報 圧縮波の発生と伝播の過程"日本流体力学会誌. 21・3. 280-294 (2002)
• [文献書誌] 西岡通男, 浅井智宏, 坂上昇史, 白井幸次: "超音速キャビティ流の振動機構に関する考察 第2報 振動周波数予測式の提案"日本流体力学会誌. 21・4. 368-378 (2002)
• [文献書誌] S.Yanase, M.Tanaka, S.Kida, G.Kawahara: "Numerical simulation of rotating shear flow turbulence"Russia-Japan International Workshop on Actual Problems of Computational Mechanics. Abstracts Session5-4 (2002)
• [文献書誌] Asai, M., Tabei, K., Konishi, Y.: "Development of the Streaky Structure in a Boundary Layer Disturbed by Turbulent Fluctuations"Proc. International Symposium on Dynamics and Statistics of Coherent Structures in Turbulence : Roles of Elementary. 25-36 (2002)
• [文献書誌] S.Yanase, M.Tanaka, S.Kida, G.Kawahara: "Positive feedback mechanism to generate coherent vortical structures in rotating shear flow turbulence"Proc. International Symposium on Dynamics and Statistics of Coherent Structures in Turbulence : Roles of Elementary. 159-174 (2002)
• [文献書誌] Nishioka, M., Hiejima, T., Sunami, T., Sakaue, S.: "Streamwise Vortices as a Powerful Means for Supersonic Mixing Enhancement"Proc. International Symposium on Dynamics and Statistics of Coherent Structures in Turbulence : Roles of Elementary. 217-228 (2002)
• [文献書誌] Y.Kaga, S.Yanase, T.Inuduka: "Steady and unsteady thermal flows in a curved rectangular tube"The 5th JSME-KSME Fluids Engineering Conference. 369 (2002)
• [文献書誌] Konishi, Y., Asai, M.: "Experimental Investigation of the Instability of Laminar Low-Speed Streak"Proc. 9th Asian Congress of Fluid Mechanics, CDROM. 42 (2002)
• [文献書誌] 西藤直人, 浅井雅人, 伊藤信毅: "圧縮性境界層の安定性:定在クロスフロー撹乱と楔状波動撹乱"航空宇宙技術研究所特別資料. 54. 68-70 (2002)
• [文献書誌] 小西康郁, 浅井雅人: "ストリーク不安定のモード選択性に関する実験的研究"京大数理解析研究所講究録. 1285. 100-105 (2002)
• [文献書誌] 小西康郁, 浅井雅人: "層流境界層中の周期低速ストリークの不安定性の実験的研究"日本流体力学会年会2002講演論文集. 40-41 (2002)
• [文献書誌] 坂上昇史, 西岡通男: "超音速境界層の振動マッハ波に対する受容性-前縁形状の影響"日本流体力学会年会2002講演論文集. 50-51 (2002)
• [文献書誌] 関口耕三, 浅井雅人: "渦とコーナー壁との干渉の実験観察"日本流体力学会年会2002講演論文集. 180-181 (2002)
• [文献書誌] 浅井智宏, 西岡通男: "超音速キャビティ振動の実験的研究"日本流体力学会年会2002講演論文集. 182-183 (2002)
• [文献書誌] 柳瀬眞一郎, 田中満, 木田重雄, 河原源太: "回転乱流中の渦構造とレイノルズストレス"日本流体力学会年会2002講演論文集. 222-223 (2002)
• [文献書誌] 島田高宏, 浅井雅人: "渦励起による乱流境界層の剥離制御"第34回流体力学講演会 講演集. 23-26 (2002)
• [文献書誌] 小西康郁, 田部井康一, 浅井雅人: "乱流変動に対する壁近傍低速ストリークの応答"第34回流体力学講演会 講演集. 69-72 (2002)
• [文献書誌] 西岡通男: "超音速乱流制御のトピックス"第34回流体力学講演会 講演集. S-11-S-19 (2002)
• [文献書誌] 西岡通男, 濱岡伸之, 坂上昇史: "縦渦による亜臨界遷移"第52回理論応用力学講演会講演論文集. 133-134 (2003)
• [文献書誌] 浅井雅人, 小西康郁: "乱流変動のもとで現れるストリーク不安定のモード"第52回理論応用力学講演会講演論文集. 135-136 (2003)