| 研究概要 |
本研究の目的は,壁面乱流において,乱流状態と共存するサドル状定常解あるいは周期解を安定化することで壁面摩擦抵抗低減,あるいは運動量輸送促進などの乱流制御を実現することである.
本研究課題の第2年度の平成14年度には,前年度に引き続き壁面乱流としては最も基本的な平面クエット流を直接数値シミュレーションにより調べると同時に,乱流状態と共存する不安定周期解をレイノルズ数を変化させながらニュートン法によって追跡した.一方,やはり乱流と共存する定常解,いわゆる永田の解もニュートン法により求め,それらのレイノルズ数依存性および乱流との関連性について調査した.その結果,乱流中に観測される壁付近の秩序構造や乱流の平均速度分布,低次統計量分布が,周期解あるいは定常解によってうまく再現されることが明らかになった.また,周期解の存在するレイノルズ数の下限が,乱流自身が存在する下限つまり乱流への遷移レイノルズ数とよく一致することがわかった.以上の知見は,乱流の性質あるいはその出現を反映する周期解や定常解が乱流とともに存在することを示し,これらの解を不安定化,あるいは安定化することによって乱流自身の性質を改善する,すなわち乱流制御を実現する可能性が十分に示唆された.
そこで次に,これらの解の安定化,あるいは不安定化に基づく制御の指針確立を目指して,壁乱流の基本秩序構造であるストリークの不安定メカニズムを,波状渦面モデルに基づき理論的に解明した.ストリークの不安定化とそれによる流れ方向渦度の生成が,せん断層の斜め不安定で発生すること,そしてせん断層の波打ちが不安定性を抑制すること,さらには壁面からの離脱が不安定化を促進することなどを理論的に説明した.
また,前年度に引き続き,後ろ向きステップ流に現れる3次元渦構造や乱流微細構造としてのらせん渦層など,乱流中の渦構造に関する研究も実施した.
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