超高プラントル数スカラーの成層乱流とエネルギー交換

点击翻译按钮获取中文摘要

超高プラントル数の典型である塩分成層流体中の乱流を、乱れの積分長で定義したレイノルズ数がRe=50～100の場合について、数値計算、水槽実験、理論解析により調べた。２０２１年度は、特に、成層の強さを表すフルード数Frによって、運動エネルギーと位置エネルギーのエネルギー交換がどのように変化するかを調べた。同時に、それを媒介する鉛直塩分フラックスとそのスペクトルが、どの波数でエネルギー交換に関わっているかを調べた。1. 数値計算：Pr =700の直接数値シミュレーション(DNS) を、周期境界条件を課した立方体領域に対して行った。注目する物理量は、速度場（2乗が運動エネルギー）、塩分撹乱（2乗がポテンシャル・エネルギー）、塩分の鉛直フラックス、の空間分布と時間変化である。また、それらの水平・鉛直スペクトルの時間変化を調べた。それにより、空間構造及びそれに対応するスペクトルのFr依存性を明らかにした。2. 水槽実験：速度場のPIV （粒子画像計測）法による計測を、Nd:YAGレーザーを用いて行った。また、塩分濃度場をLIF（レーザー誘起蛍光法）によって測定するため、連続発振の固体レーザー(532nm) を新たに導入し、その励起波長532nmに対応する蛍光染料としてローダミン６Gを用いるための準備実験を行った。３．理論解析：パッシブスカラーに関する理論であるBatchelor(1959) の理論と同様の線形解析を、浮力を持ったスカラーの存在する成層乱流の場合に拡張することを試みた。