| 研究概要 |
風波の発達機構を解明する目的で波面上の気流の乱流構造を実験的に調べた. まずこの現象の基本データを得るため, 固定波面について可視化法, 熱線風速計による気流変動の測定ならびに, 波面に沿った静圧分布の測定の3種類の方法により計測を行い, 波面上の気流の構造とその波面に及ぼす効果を研究した. その結果次のような点が明らかにされた.
1)表面が平滑な正弦波上の境界層にみられる乱流の組織構造は, 同一条件で平板上の乱流境界層にみられるものと大差がない. ただし, 2)波面の場合には, ほぼ波高に相当するだけ組織構造の外縁(ほぼ境界層厚さに対応)が持ち上っている. 3)波面上の気流の鉛直分布は, 波の位相によって変化するが, 一波長にわたり平均すると波面近くでは対数分布を示す. 4)波面によって誘起された風速変動u^^〜およびw^^〜は, ポテンシャル理論から予想されるようにexp(-kz)にほぼ比例して減少する. 5)波面の各位相における乱流強度および乱流レイノルズ応力は, 波面の峯から風下側にかけて非常に大きな値を示し, これは気流の剥離に対応するものと考えられる. 6)波面の圧力抵抗は, 正弦波, ストークス波ともに大部分波面に沿った圧力分布の基本波成分によってきまる. 7)ストークス波の圧力抵抗が正弦波のそれに比して大きいが, これは圧力波形の基本波成分の大きさよりもむしろ位相差の増大によるものである. 8)波面の遮断係数は, 波面の局所的最大勾配(δn/δx)maxを使用すれば, 正弦波, ストークス波ともにレイノルズ数の関数として統一的に表現できる. 9)波面上の人工粗度が, 圧力抵抗に及ぼす影響はかなり複雑であるが, 粗度のついた波の個数, 粗度の大きさ, 粗度の一波あたりの数および位置等の影響に関し, 興味ある結果が得られた.
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