表面粗度のある振動円柱周りの粘性流場に関する研究

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振動する円柱の表面粗度が、その円柱に働く流体力に及ぼす影響を明らかにするために、本年度は粗度密度を7.3%から53.4%まで変化させ、また粗度高さも変化させた円柱計六本について強制振動実験を実施して、円柱の抗力係数および付加質量係数の計測、粗度の中を流れる流体の流速の計測、流れの可視化を行った。その結果、以下の結論が得られた。(1)同一Kc数において、粗度円柱の強制振動周期を変化させて流体力の計測を行った結果、いずれの粗度密度においても抗力係数および付加質量係数のレイノルズ数影響は現れない。すなわち、両係数はKc数および粗度の関数となる。(2)付加質量係数には粗度密度の影響はほとんど現れず、粗度高さを含めた代表直径を使えば付加質量係数はほぼ一本にまとまる。(3)抗力係数は粗度密度がある程度以下になると急激する。本実験においては、粗度密度が7.3%と2.8%との間にその変化が現れた。(3)表面粗度の密度によって円柱まわりの境界層の速度分布が変化することが確かめられた。(4)抗力係数が減少するようになると、粗度の内部を流れる流速が大きくなることが実験的に確かめられた。また、この現象を流れの可視化によって確認した。このことから、振動円柱に働く抗力への表面粗度の影響を考える上で、粗度間の流れの有無が重要となることが予想される。