ナノギャップ壁面せん断応力直接測定装置によるリブレット面の普遍的壁法則への挑戦

本研究は乱流境界層の局所壁面せん断応力を世界で最も高い精度で計測可能な直接測定装置を開発し、リブレットによる摩擦抵抗低減効果の定量的確認と普遍的壁法則を提案することが目的である。研究開始初年度において、減衰装置を必要としないフォースセンサーを用いた測定装置の開発に成功した。また、熱線流速計を用いた速度計測が可能であることを確認した。しかしながら、リブレットへの応用を考慮すると測定面が矩形である必要があること、風洞における使用において機械的振動により高速流における高精度計測が困難であること、熱線流速計における計測において気流温度の上昇がデータ取得の障害になることが課題として明らかになった。リブレットへの応用について、矩形摩擦面を持つ装置への設計変更を行った。風洞の振動対策については、フォースセンサーへの振動伝達の抑制と風洞における振動の抑制を行った。熱線流速計における計測については、気流温度を記録し、高次の校正および温度補正を試みた。これらの対策により、主流速64m/sにおける矩形摩擦面を用いた壁面せん断応力の計測に成功し、従来型リブレットの抵抗低減率を確認することができた。また、速度分布において対数速度分布の成立とリブレットによる抵抗低減効果を確認することができた。一方、リブレットフィルムの固定がやや不安定であり、長時間の実験が困難であることが課題として残った。また、熱線流速計の計測においても、壁近傍における測定値に対する気流温度上昇の影響除去が不十分であることが指摘される。

本研究は乱流境界層の局所壁面せん断応力を世界で最も高い精度で計測可能な直接測定装置を開発し、リブレットによる摩擦抵抗低減効果の定量的確認と普遍的壁法則を提案することが目的である。研究開始初年度において、減衰装置を必要としないフォースセンサーを用いた測定装置の開発に成功した。また、熱線流速計を用いた速度計測が可能であることを確認した。しかしながら、リブレットへの応用を考慮すると測定面が矩形である必要があること、風洞における使用において機械的振動により高速流における高精度計測が困難であること、熱線流速計における計測において気流温度の上昇がデータ取得の障害になることが課題として明らかになった。リブレットへの応用について、矩形摩擦面を持つ装置への設計変更を行った。風洞の振動対策については、フォースセンサーへの振動伝達の抑制と風洞における振動の抑制を行った。熱線流速計における計測については、気流温度を記録し、高次の校正および温度補正を試みた。これらの対策により、主流速64m/sにおける矩形摩擦面を用いた壁面せん断応力の計測に成功し、従来型リブレットの抵抗低減率を確認することができた。また、速度分布において対数速度分布の成立とリブレットによる抵抗低減効果を確認することができた。一方、リブレットフィルムの固定がやや不安定であり、長時間の実験が困難であることが課題として残った。また、熱線流速計の計測においても、壁近傍における測定値に対する気流温度上昇の影響除去が不十分であることが指摘される。