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コリオリカ場における縦渦の成長と二次不安定

科里奥利场中纵向涡旋的增长和二次不稳定性

基本信息

批准号：
06650217
负责人：
益田重明
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

回転座標系における境界層では、凹面上の境界層におけるゲルトラ-渦と類似の縦渦の形成から乱流遷移が始まることが知られており、コリオリカ不安定による三次元微小撹乱の線形成長として説明されている。本研究ではこれに続く撹乱の非線形成長の過程、すなわち二次不安定について実験的に調べた。先ず、波長の異なる撹乱を人工的に与えてゲルトラ-渦に発生状況を観察し、波長選択の機構について検討した。その結果、撹乱波長が過大の場合には発生した縦渦の分裂(splitting)が、また過少の場合には合体(merging)が起こり、最終的に特定の波長に漸近する傾向を示すこと、この特定の波長は人工撹乱を加えない自然の状態で観察されやすい波長に近いことを見出した。さらに、このスパン方向二次不安定に続いて流れ方向に周期性を持つ別の二次不安定(流れ方向二次不安定)が発生すること、これには馬蹄渦モードと正弦波モードがあること、モード選択には一次不安定(ゲルトラ-渦)の波長のほかに、二次撹乱の対称性が関わっていること、流れ方向二次不安定の発生と同時に壁面近傍に強い速度変動が新たに生ずることを明らかにした。さらに、上記の二次不安定は縦渦によってもたらされる速度分布の空間変化の振幅が主流速の40%程度、境界層厚さを基準としたゲルトラ-数が約130に達した段階で発生すること、これらは凹面境界層における従来の結果とほぼ一致することを明らかにした。さらに線形撹乱方程式の形から、遷移初期の縦渦形成段階は少なくとも遠心力とコリオリカに関する限り外力の種類によらないこと、非線形段階に達して二次不安定が発生する状況に至っても、外力型不安定から変曲点型不安定に切り替わることによって、やはり外力の有無や種類に関係しない、縦渦を伴う遷移に共通の現象であることを示唆した。一般の乱流遷移の終期段階における縦渦の重要な役割が知られており、本研究の成果はその解明にとって新たな知見を与えた。

The boundary layer on the concave surface and the boundary layer on the boundary layer of the circular coordinate system are described in detail. In this paper, we study the long process of nonlinear formation and the adjustment of secondary instability. First, the wavelength of the different artificial disturbance and the wavelength of the different mechanisms to detect the occurrence of vortex As a result, when the wavelength of disturbance is too large, the vortex splitting occurs, and when it is too small, the merging occurs, and finally the tendency of the specific wavelength to converge is shown. Second order instability in the direction of flow, periodic second order instability in the direction of flow The second instabilities in the direction of flow are generated by the first instabilities in the direction of flow and the second instabilities in the direction of flow. The amplitude of the spatial variation of the velocity distribution of the second order instability in the upper part of the vortex is about 40% of the main velocity, the boundary layer thickness is about 130, and the number of steps is about 130. The results of the spatial variation of the velocity distribution in the concave boundary layer are consistent with each other. The linear perturbation equation is formed in the order of vortex formation in the early stage of migration, and the order of vortex formation in the early stage of migration is limited to the type of external force, and the order of nonlinear perturbation reaches to the state of secondary instability generation, and the order of external force type instability is changed to curved point instability. A common phenomenon of vortex migration The results of this study reveal the important role of turbulence in the final stages of turbulence migration.