| 研究概要 |
本研究は三次元壁乱流の最も基本的なモデルであり,体積力や付加歪み速度を伴う複雑乱流の一つとして,軸流中の回転円筒上のねじれた速度分布の乱流境界層の動的組織構造を実験的に調べ,特にその中のらせん渦構造を同定・解明しようとするものである.
本年度では,まず円筒回転時におけるねじれた平均速度分布と変動速度分布を熱線流速計により測定した。そして,運動量厚さに基づくレイノルズ数を一致させた上で,平板乱流境界層,円筒静止時,および2種類の回転速度の円筒について,対数速度分布,欠損速度分布,変動速度分布の比較検討を行った。対数速度分布については,本研究者らによって過去に提案された法則により整合性よくまとまることが示された。一方,外層の乱流組織構造の基礎となるべき欠損速度分布は,平板乱流境界層に対する法則を含むこれまでの各種の提案ではやや適合性に欠けることが示された。変動速度分布も平均速度分布と同じ外層の尺度ではまとめ切れず,さらに検討を要することが明らかとなった。
外層の乱流組織構造を調べるための第一段階として,扁平度と間欠係数を調べた。扁平度は平板,静止円筒,2種類の回転速度の円筒について,平均境界層厚さ程度まで一致していた。間欠係数もこの4者はほぼ一致し,扁平度と間欠係数によって回転円筒特有の組織構造を捕らえることは困難であることが判明した。そこで次に変動速度のパワースペクトルを調べた。平板と静止円筒の場合,周波数の増加とともに単調に減少するスペクトルを示すのに対し,円筒回転時にはスペクトルにバンプが発生し,回転速度が大きいほどバンプが生じる周波数が高いことが示された。これは回転円筒乱流境界層の組織構造が,スペクトルにその特徴が現れるほど規則的なものであることを示すものであり,円筒に巻きつく形態のらせん渦構造であることを裏付けた。
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