| Research Abstract |
本研究は,乱流における混合のダイナミックスの理解とその統計的性質の定量的な記述を主たる目的としている。流れのどのような部分で混合がもっとも盛んに起こっているか,混合効率の促進や抑制はどのようにすれば制御できるか,あるいは,混合率の定量化は如何にして可能であるか,などの問題を対象とするものである。
これまでの2年間では,流れの中でパッシブに流される物体の挙動を調べるために,もっとも基本的な幾何形状をもつ流体線と流体面を取り上げた。パッシブ物体の伸張率を精度よく求めるためには,乱流運動の間欠性を考慮しなければならないことを理論ならびに数値的に明らかにした。また,その間欠性の影響が乱流のどのような運動形態によってもたらされるかを明らかにした。すなわち,乱流中には細長い管状の領域に渦度が集中した,いわゆる渦管が散在しているが,それらはしばしば渦度が互いに逆向きになるように接近し,乱流場の中を彷復している。この反平行渦対の進行方向の前後に生起される双曲的よどみ点で強い伸張の生じるのである。
本年度は,流体線の伸張率のレイノルズ数依存性を調査した。伸張率は従来から考えられていたのとは異なり,コルモゴロフの相似則に従わず,レイノルズ数により強く依存してレイノルズ数とともに大きくなることを明らかにした。これは,乱流の間欠性によるもので,引き伸ばされた流体線の空間分布,特に流体線の折りたたみの度合い,の非一様性がレイノルズ数とともに増大することによるものである。この結果は,乱流のレイノルズ数に関する相似則や乱流モデルのモデル定数の決定などに有用である。
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