2014 Fiscal Year Annual Research Report
新しい超音速乱流変動計測法の開発と超音速乱流機構の解明に関する研究
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24560976
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
坂上 昇史 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70244655)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
新井 隆景 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10175945)
西岡 通男 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 客員研究員 (60081444)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 航空宇宙流体力学 / 超音速乱流機構 / 超音速乱流境界層 / 超音速混合遷移 / 熱線流速計 / 定量化シュリーレン法 / ３次元PIV |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，これまでに，PIV計測の校正や定量化シュリーレン法を用いた変動の空間スペクトル計測といった新しい超音速乱流変動計測法の開発を行い，それらを用いて超音速境界層の乱流遷移や超音速乱流混合場の計測を行って，そのマッハ数依存性や流入境界層の状態が超音速混合に及ぼす影響などについて明らかにした．また，乱流境界層の特徴的な挙動である平均速度分布が対数分布かベキ乗分布かを診断する新しい方法を提案し，平板乱流境界層の速度分布に適用してその有用性を示すとともに対数分布とベキ乗分布の共存する現象を明らかにした．
今年度は主に超音速乱流混合場の定量計測を目指した新しい熱線流速計の開発を行った．
熱線流速計による非定常流の計測では熱線の熱慣性によって生じる応答遅れを補償する必要がある．一般に用いられる定温度型熱線流速計は熱慣性の影響を無視できるが，超音速乱流計測で必須の300kHzを超す周波数域では回路の発振という問題に直面する．定電圧型熱線流速計は位相補償回路を付加することで500kHz程度の応答周波数帯域を実現しているが，位相補償回路によって熱線抵抗と回路出力の関係が非線形となり大振幅変動の場合に低次の統計量である時間平均値にも変動成分が絡んで誤差の原因となるという欠点がある．本研究では，熱線の瞬間熱損失を計測可能な全く新しい定電流型熱線流速計を提案している．これは非定常流中で熱慣性の影響を補正する位相補償回路を必要としない定温度型熱線回路の特徴と定電圧型熱線回路に匹敵する高周波数帯域を併せ持ち，非線形大振幅変動の計測に適用可能なことから，超音速混合場の熱線計測法として精度的に最も期待されるものである．この定電流熱線の瞬間熱損失に基づく乱流計測の原理と有効性について確認するため，定電流型熱線流速計を用いて亜音速乱流境界層を計測し，提案手法が乱流計測に適用可能であることを確認した．
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