|
DNSによる、通常の成層乱流+パッシブスカラーの構造の解明のため、スペクトル法による直接数値シミュレーションを周期境界条件のもとで行った(一様だが非等方性の乱流)。まず、通常の成層流体にパッシブスカラーを加えた系を対象とし、特徴的な例を中心に、非相似性の起源とその性質を解明した。成層の強さ(フルード数Fr依存性)による非相似性の変化を検証した。また、成層乱流に特有のオズミドフ(Ozmidov)スケールと非相似性の関連を調べた。成層乱流では、Ozmidovスケールが重要である。Ozmidovスケールは、浮力項と慣性項の大きさがつりあうスケールであり、それより大きいスケールでは浮力効果が卓越する。(Ozmidovスケール)<(Kolmogorovスケール)の場合には、速度場が全てのスケールで浮力の効果を強く受けると考えられ、同時に非相似性の主要な原因となることを示した。また、塩水水槽実験として、塩分成層流体(鉛直密度勾配一定)を用いた水槽実験を行った。塩分成層作成には、2タンク法を用いた。次に、乱流格子を水平移動させて乱れを生成し、水槽の中央付近での速度場の時間発展をPIV法により測定した。さらに、RDT理論(Rapid Distortion Theory)による解析として、成層流体中のパッシブスカラー拡散に関するRDT理論を用いて、初期条件をDNSと完全にそろえた条件下でのエネルギー、フラックス、スペクトルを計算し、その適用性の確認と、DNS、水槽実験の結果の解釈を行った。
|
