Elucidation of dissimilarity between momentum and heat transport in pulsating turbulent flow toward the development of turbulent heat flux model

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2021年度は運動量輸送と熱輸送の非相似性発現機構に関する知見を拡充し，最終的に非相似性を考慮した乱流熱流束モデルを構築するために，2020年度に引き続き基礎的な平行平板間流れを対象とした直接数値解析（DNS），及び脈動発生機構を有する風洞試験装置を用いた実験計測の2つのアプローチを採用した．直接数値解析では，平行平板間乱流を対象に流体の駆動力である圧力勾配を時々刻々と変化させることで，流量が正弦波状に時間変化する脈動流，及び短時間の間に流量が急激に増加・減少する急加速・急減速流れの解析を実施した．脈動流の解析ではレイノルズ応力と乱流熱流束の輸送方程式の各項の時間変化を調べ，高周波数の脈動流の条件において脈動の周期がエネルギー再分配の時間スケールに近づくことが，レイノルズ応力の各成分の時間変化と流量の時間変化の間に位相差が生じる要因であることを明らかにした．急加速・急減速流れの解析では，脈動流との比較のために脈動流の最大流量と最小流量の間を一定加速度で急加速・急減速する流れの解析を行い，加速度を変化させた場合の影響を調査した．そして，脈動流の場合と同様に，急加速・急減速流れにおいても壁面摩擦と壁面熱伝達は流量の変化に対して異なる応答特性を示すことが分かった．実験計測に関しては，熱線流速計及び抵抗線温度計を用いた速度・温度の計測結果について，国内学会にて発表を行った．ここでは，周期的に変動する諸量（速度変動，温度変動など）と中心流速の位相差を評価し，脈動周波数の変化に対する位相差の変化の傾向が直接数値解析結果と一致することを確認した．