研究課題
基盤研究(C)
本研究の目的は時間および空間スケールを管理した縦渦を乱流境界層の壁領域に導入し、渦塊(Eddy)のヒエラルキー構造を変更することによりせん断乱流の制御を行うことである。その制御による影響が乱流の自己相似性において極めて重要な壁法則に及ぼす影響を実験的に明らかにすることが最終目標である。実験は乱流境界層、二次元チャネル、および工業的利用価値の高い壁面噴流を用いて行われた。両流れ場は壁面乱流に分類され、壁法則の成立が確認されている。両流れにおいて検証を行うことにより、より一層の価値が明らかになる。・乱流境界層における研究においては、逆圧力勾配下において壁法則、特にヒエラルキー構造に関係する渦寸法について調査を行った。直接測定による壁面せん断応力の計測に基づき、逆圧力勾配下においては速度の尺度における補正が必要であること、ヒエラルキー構造を表す渦寸法の分布には変化が無い。・壁面噴流における実験においては、製作した渦発生器を用いて渦の空間スケールを時間的にコントロールした渦塊を導入し、流れ場の応答、回復、相似性に与える影響、および工業的有用性を調査した。・空間スケールを制御した渦塊を導入することにより、流れ場をコントロールし、運動量流束の増加と壁面近くに保持される。特に、空間スケールを固定した場合に比べて両効果が工業上より価値の高いものである。・空間スケールを制御してヒエラルキー構造に近い渦塊の導入を行った場合、非撹乱流の相似性への回復が早い。・渦発生器の周期的駆動に同期した周期平均操作により、渦塊と流れ場との干渉を調査した。生成した渦の非線形効果により、空間スケールを固定した場合に比べてより運動量の壁面方向への輸送が促進された。これらのことから、ヒエラルキー構造に近い形態で空間スケールを制御して導入した渦塊により、相似性への回復が早く、運動量輸送も促進されることが明らかとなった。
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