バーストに適合する時間・空間スケールの外的摂動による現象の定置化と素過程の解明

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本研究では,バースト現象に代表される乱流輸送を制御することを目的として,バースト現象と同オーダーの時間的空間的スケールを有する外的摂動(入力)による乱流構造の変化を実験的に検討した.外的摂動を導入するためには,乱流の時間的空間的スケールが,上流から下流にわたって一様であることが望ましいので,本研究では回転二重円筒間のクエット流れ(内円筒静止,外円筒回転)を採用した.バーストを空間的に定在化させる方法として,内円筒表面にスリット(境界条件の変化)をストリーク間隔に対応して壁面上に配置した.時間的にバーストを制御するため,任意波形発生器からの信号を増幅してスピーカーにより音波の形で,スリットから流れの中に導入した.実験は外円筒の周速度,音響励起周波数等をパラメーターとして,LDAによる速度場測定を中心に行った.内円筒表面に設置したスリット間隔は変化させることができないが,外円筒の周速度が変化することにより摩擦速度が変化し,結果的に空間スケールを変化させることができた.一方,時間スケールはスピーカーの周波数を変えることにより直接的に変化させた.これらの空間・時間スケールは,バースト現象に関して従来から報告されてきた値を参照したが,実際に実験を行ったところ予想された値と同オーダーの条件で乱れが増幅されるという極めて興味深い事実が明らかになった.ただし,同軸円筒間の流れであるために曲率の効果が内側と外側の分布を変えてしまったため,本来目的としたスケールの一様性はまだ達成していない.これについては,流路幅をより小さくして曲率の影響を小さくして実験をする必要があると思われる.また,乱流を最も効率よく制御するための外的統制の波形を見いだすことも今後の課題である.