| 研究概要 |
大規模乱流を風洞内に実現し、熱・物質拡散と乱流構造の関係を明らかにすることを目指して、本研究室で開発した大気乱流風洞を用いて乱流レイノルズ数R_λ≒400(Re_M≒10^6〜10^7)に達する高レイノルズ数一様乱流および一様せん断乱流を形成し、本乱流場中において連続点源から放出される熱プルームの温度・速度場を冷熱二線式温度流速計で計測することにより、以下の成果を得た。
(1)熱プルームの蛇行運動を風洞中で再現するとともに、平均温度分布の分散σ^2の時間変化はTaylorの拡散理論と良く一致し、短時間拡散過程にある熱拡散場を風洞中に実現することに成功した。
(2)熱プルームの蛇行運動は、主に大規模乱流渦の影響によるものであり、主流方向のプルーム間隔L_Iが縦方向のインテグラルスケールL_<ux>と同程度になると、L_Iの流れ方向変化はほぼ一定になる。また、プルームの鉛直方向の広がりが、横方向インテグラルスケールと同程度となると、長時間拡散過程へ移行することを明らかにした。
(3)格子乱流と比較して、大規模乱流中の瞬間的な熱流束は非常に大きく、鉛直方向の熱輸送も広範囲に及び、R_λ=430では拡散係数Kが非常に大きく、K≒180cm^2/sに達する。
(4)速度せん断によらず、プルームの蛇行運動の重心は下流方向にあまり変化しないが、放出ノズルの中心軸より高速側でインテグラルスケールL_<ux>,L_<vx>が大きくなるため、平均温度の鉛直方向分布が低速側へひずみ、速度せん断の影響が現れる。
(5)平均温度の鉛直方向分布のピーク位置における間欠率の流れ方向変化は、乱流レイノルズ数R_λに強く依存し、R_λが大きいほど、その減衰率が大きい。
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