乱流における組織渦の役割

1986 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 61302061
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 玉井 信行 東大, 工学部, 教授 (90010818)
• 研究分担者: 浅枝 隆 東京大学, 工学部, 助教授 (40134332) ; 大橋 正和 中央大学, 理工学部, 専任講師 (90160598) ; 大成 博文 徳山工業高等専門学校, 土木建築工学科, 助教授 (30045041) ; 小松 利光 九州大学, 工学部, 助教授 (50091343) ; 祢津 家久 京都大学, 工学部, 助教授 (30109029)
• キーワード: 乱流 / 組織構造 / 内層 / 外層 / 縦渦 / 剥離渦 / 混合層 / 連行

研究概要

組織構造に関する研究の歴史は未だ浅いので、水工学分野の共通の理解を深めるため、乱流における組織構造の定義を定めた。また、乱流の二大分枝である壁面乱流と自由乱流とを共に研究視野に収めることとした。壁面乱流としては、水工学に最も重要である開水路乱流を取り上げ、自由乱流としては混合層における組織渦を取り上げることとした。さらに、この両者を結びつけるものとして剥離渦を考えることとし、水工学に関する広い範囲を網羅することを目的とした。
開水路流れの内層においては、可視化と流速計測の同時併用などを通して、ヘアピン型の渦構造が多数形成され、それらが乱れエネルギーの発生に重要な役割を果たしていることが分かった。この渦は固有の規模と傾斜角を持ち、互いに複合して大規模な秩序構造へと発達する。外層においてはマイクロコンピュータの内部クロックを利用して熱膜流速計の温度管理・補正を行いながら乱流計測が行われた。また、35mmモータードライブカメラによる可視化実験により、縦渦の時空間構造を明らかにした。
段落ち流れに形成される組織渦は、段落ち頂部に発生する剥離渦と、再付着点から浮上するコルク・ボイル渦の2つがある。本研究ではレーザー流速計と圧力変動の同時計測を行い、再付着点付近の組織渦の動特性を明らかにした。半球背後の剥離渦については、アーチ状の渦の発生周期とレイノルズ数との関係が得られた。さらに、剥離域内での渦の合体とRe数との関係も明らかにされた。
せん断混合層における多変量の同時測定や可視化実験を行い、組織渦の空間的・時間的広がりが明らかにされ、組織渦と連行とは密接な関係があることが分かった。しかし、組織渦の移動とレイノルズ応力の変化とは関係がないことが分かった。

研究成果

• [文献書誌] 林泰造,大橋正和,南橋丈二: 乱流シンポジウム講演論文集. 18. 270-277 (1986)
• [文献書誌] 林泰造,南橋丈二,大橋正和: 中央大学理工学部紀要. 29. (1986)
• [文献書誌] 玉井信行,浅枝隆,田中規夫: 水理講演会論文集. 31. 371-376 (1987)
• [文献書誌] 玉井信行,浅枝隆,田中規夫: 乱流シンポジウム講演会論文集. 18. 243-247 (1986)
• [文献書誌] 祢津家久,中川博次: 京都大学防災研年報. 29,B. 647-673 (1986)
• [文献書誌] 祢津家久,中川博次: 土木学会論文集. 369. 89-98 (1986)
• [文献書誌] 祢津家久,中川博次,天野邦彦,藤本和久: 水理講演会論文集. 31. 413-418 (1987)
• [文献書誌] Nezu,I.;Rodi,W.: J.of Hydraulic Eng.,ASCE. 112. 335-355 (1986)
• [文献書誌] Nezu,I.;Nakagawa,H.: Proc.of Asian Congress of Fluid Mech.3. 146-149 (1986)
• [文献書誌] Tominaga,A.;Nezu,I.: Proc.of Asian Congress of Fluid Mech.3. 608-611 (1986)
• [文献書誌] Komatsu,T.;Kotsubo,H.;Umenaga,S.: Proc.of Cong.APD-IAHR Seoul. 5. 121-138 (1986)
• [文献書誌] 大成博文 他2名: 乱流シンポジウム講演論文集. 18. 238-242 (1986)
• [文献書誌] 大成博文 他2名: 乱流シンポジウム講演会論文集. 18. 95-101 (1986)
• [文献書誌] 大成博文 他2名: 流れの可視化シンポジウム報告集. 14. 411-414 (1986)