内部重力波の制御と構造の解明

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本研究室で開発された低乱温度成層風洞内に、温度および速度乱れが小さく、かつ、鉛直方向に大きな温度勾配(高温5000K/mまで)を有する強安定成層流を実現することにより、内部重力波を自然発生させることができる。本流れ場中において、同じく本研究の過程で開発された二線式温度流速計を用いることにより温度および速度変動の同時計測を行った。それらのデータを解析することにより以下のような結果が得られた。(1)温度成層風洞の測定部を延長して計測可能範囲を下流方向に拡張することにより、自然発生させた内部重力波の発生から発達、崩壊に至るまでの過程を捕らえることができた。(2)局所温度勾配が最大となる縮流胴上流の断面中心に挿入した直径10μmの金属細線を、内部重力波の三波共鳴条件を満たす単一周波数成分(励起電力0.27W、1.6Hz)で正弦波的に加熱し、流れの平均場を変形させない程度の微小な温度擾乱を温度成層流中に与えることにより、内部重力波の発生、発達、および波動の崩壊時期を制御することができた。この結果、内部重力波の発生のメカニズムの解明と、その制御の可能性、および、内部重力波の発生から崩壊までの遷移過程全体を一つの風洞内で解明することの可能性が示された。(3)内部重力波による乱流への遷移過程で、励起周波数を持つ波動とそれ以外の周波数を持つ波動との間に非線形干渉が生じ、Brunt-Vaisala周波数以下の周波数を持つ速度変動成分のエネルギーレベルが著しく増加することが明らかとなった。