| 研究概要 |
橋梁や建物などの野外構造物は大気乱流場の中に常に晒されているので,その荷重は乱流の影響を強く受ける.従って,大気のような高強度大スケールの乱流場をできるだけ忠実に模擬的に再現してモデルを使って実際に受ける力を予測することは工学的に重要な課題である.
本研究の目的はマルチファン型風洞を用いて高強度大スケールの乱流場を生成することである.マルチファン型風洞は99個の送風機を独立に運転できるのでその自由度は高い.これまでに,1)「一様アクティブ法」,2)「擬似格子法」,などの運転法で乱流を生成し,その特性を調べた.
これまでに「アクティブ格子法」と称して1)と2)を組み合わせたような運転法を試みてきた.この方法では,送風機の運転命令によって送風機を二組に分け,いろいろな配置を仮定する.次に,運転命令として,単一正弦波を入力して,その正弦波周波数を変化させ,乱流強度が増幅されるかどうかに着目して乱流場の計測を行った.すなわち,ねらいは低周波数擾乱を外部擾乱として入れ,それにより慣性小領域を拡大して高レイノルズ数乱流を生成しようということである.擬似格子法の配置に従い,正弦波擾乱の吹き出しを入力し,周波数を0.02〜2Hzの範囲で乱流場がどのように変化するかを調べた.入力信号のシャープなピークを除いて乱流スペクトルにほとんど変化は見られなかった.
さらに,ファンを駆動条件によって二つの集合に分け,それらを市松状に配置し,単一正弦波の流速変動を与え非定常にせん断が発生する状況を作り,生成される乱流の特性を調べた.信号入力には吐き出しだけでなく吸い込みを与える場合を検討した.単一正弦波の寄与を除いた自然な攪拌成分を見積もった.その結果,次のようなことが分かった.吸い込みファンの効果は吹き出し直後に混合作用を最大にする.単に外部擾乱を入力するだけでは攪拌の効果はほとんどないが,ファンごとに位相差を与えると攪拌は促進される.X〜5mの助走距離で大きな乱流レイノルズ数(R1〜600)の等方的な乱流を得た.
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