| 研究概要 |
(1)圧力こう配を伴う乱流温度境界層の風洞実験
研究室所有の2次元乱流境界層用の低乱風洞を伝熱実験ができるよう改修し,予備実験を通して実験装置の完成を目指した。伝熱板の加熱条件は等温壁とし,実験中はこれをモニターすることにより一定温度に保っている。この風洞内を発達する乱流温度境界層について,零圧力こう配および逆圧力こう配の条件下での発達の様子を比較しながら実験を行った。極細熱電対プローブおよび白金冷線プローブ(直径0.625μm)により,壁面熱流束,平均温度分布,温度乱れの分布等の温度境界層特性量を測定した。その結果,零圧力こう配下では対数領域において普遍対数温度分布が成立するが,逆圧力こう配下では平均温度分布は対数温度分布よりも低下し,零圧力こう配流れと比較して乱流プラントル数は低下する。一方,平均温度分布および温度乱れ強さを,主流と加熱壁の温度差で整理すると,逆圧力こう配の影響はほとんど現れないことが明らかとなった。
(2)圧力こう配を伴う乱流温度境界層の構造解析
取得された波形データを基に,乱流熱伝達に及ぼす圧力こう配の影響を考察した。これまでの速度場のみの解析により,逆圧力こう配乱流境界層では,内層の乱流構造が不活性化し,外層の構造との相互干渉に顕著な変化が生じることが分かっている。このような乱流構造の変化が,温度場にどのような影響を及ぼしているのかを,統計的解析法に基づきコンピュータ処理を行って詳細に調査した。温度乱れの高次モーメント,および確率密度関数を調べた結果,温度乱れに及ぼす逆圧力こう配の影響はほとんど見られない。一方,温度乱れの波形は,速度乱れの波形と同様に,壁近傍で緩慢となり,時間スケールが増大することが分かった。種々の時間スケールを検討した結果,この時間スケールの増大を圧力こう配によらず整理するには,Taylor時間スケールが最適であることが明らかとなった。
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