| 研究概要 |
本年度の研究では,渦と火炎の相互干渉過程の画像解析の一環として,燃焼場に普遍的に存在する密度勾配および圧力勾配によって生成する渦度であるバロクリニックトルクを,まず,研究対象とした.そのため,光学的観察の容易な二次元流動場における渦度輸送方程式に現れるバロクリニックトルク項に着目し,二次元的な低密度領域に二次元渦対を衝突・干渉させ,バロクリニックトルクの発生とその流れ場への影響を実験的・理論的に解析した.実験では,スピーカーを単発駆動して発生させた単一渦対をヒーター加熱によって駆動される二次元低密度自然対流に直交・衝突させた.そして,不等密度場を通過する渦対の挙動をPIV計測ならびに高速トモグラフィー撮影し,画像解析した.一方,理論解析には離散渦法を用いた.境界にバロクリニックトルク用渦点を配置した低密度領域を通過する渦点集合体(渦対を模擬)の流動に起因して発生する圧力勾配ベクトルと密度勾配ベクトルのクロス積をとることによりバロクリニックトルクを算出し,これを積算して数値解析した.
得られた結果は以下のように要約される.
(1)不等密度場の密度境界付近では,渦対前方に上流域の密度境界では渦対と同回転の,下流域には逆回転のバロクリニックトルクが帯状の領域で発生することを確認した.
(2)渦対前面を横切る断面の流速分布の測定結果および数値解析結果には,バロクリニックトルク発生に起因して,局所的に流速の不連続が現れることが示された.
(3)低密度領域の密度が小さいほど強いバロクリニックトルクが発生すること,バロクリニックトルク領域における流速の不連続が顕著に現れること,および低密度気体の移動が容易となりバロクリニックトルク領域の厚さが薄くなることなどが明らかとなった.
|
