| 研究概要 |
楕円柱を空中を自由落下させる時に生じる自動回転運動に着目し、そこで起こる渦放出の機構やその非定常流体力との関係を調べた。
自動回転運動のパラメータを知るため、楕円柱を自由落下させて、落下速度と回転数を測定し、同条件において、門様流中で回転する楕円柱周りの流れをPIV装置を用いて可視化した。その結果、楕円柱後流に渦放出が確認できた。
自動回転運動する楕円柱周りの流れ場と流体力の関係を調べるために、移動境界適合座標系による有限体積法を用いた2次元数値解析を行い、結果を可視化実験結果と比較し計算手法の妥当性を確認した。計算結果より楕円柱にはたらく抗力係数及び揚力係数は楕円柱の回転の2倍の周期で変化することや各位相ごとの渦放出構造や揚力及び抗力の最大、最小値との対応について明らかにした。特に、-160°位相では楕円柱に負の抗力が,一様流との迎え角が0°に近い位相において揚力がそれぞれ生じることが明らかとなった。これは準定常の空気力学では起こりえない現象であり、非定常的な流体力によるものと考えられる。そこで一様流中で回転する楕円柱周りの流れを複素ポテンシャルで表し、非定常に拡張されたブラジウスの式を用いて流体力を算出することにより楕円柱の回転が流体力に及ぼす影響について調べた。その結果、一様流中で回転する楕円柱に生じる負の抗力や一様流との迎え角が0°に近い位相で生じる揚力は楕円柱の回転と一様流により生じる力に起因することを明らかにした。
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