乱流カスケードの研究上ブレークスルーとなる線形モードを利用した実験的研究

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K06150
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 松原 雅春 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (10324229)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 乱流 / せん断流 / 秩序構造 / カスケード / 二次不安定 / 線形 / アンサンブル平均 / 変曲点不安定

研究成果の概要

壁上の乱流中にはストリークなどの秩序構造が存在し，カスケード過程によりそのような大きなスケールの構造から小さな渦へとエネルギーが伝達され，これらの現象が乱流の性質を決定づけている。しかし様々な乱れ構造が引き起こすカスケード過程は多様で発生も不規則なため，実験でその過程をとらえるのは困難であった。本研究では，平板乱流境界層中に人工的に周期撹乱を励起し，測定した流速データーを撹乱の位相に基づきアンサンブル平均することで，カスケード現象を抽出することに成功した。この人工撹乱励起とアンサンブル平均による乱れ構造抽出法は今後，秩序構造やカスケード過程の研究で強力なツールとなると考えられる

自由記述の分野

流体工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

乱流研究で重要なカギとなる「秩序構造」と「カスケード過程」などの乱流現象については，数値シミュレーションなどでその現象を捉えることができつつあるが，その普遍的な構造や性質については定量的評価が困難であった。今回開発された人工撹乱励起とアンサンブル平均による乱れ構造抽出法は，乱流現象を定量的に評価するだけでなく，現象の時間変化の一般化を可能にしており，乱流を理解する上で重要な発見である。この乱れ構造抽出法は今後の乱流研究において強力かつ主要となるツールとなると予想される。