スパン方向熱拡散を伴う壁乱流における圧力温度勾配相関の測定とその数理モデルの検討

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スパン方向熱拡散を伴う壁乱流の代表例として,スパン方向に一定の時間平均温度勾配を有する平板乱流境界層を取り上げ,スパン方向乱流熱流束の輸送方程式中に現われる乱流統計量の分布を直接測定あるいは間接測定することにより,同熱流束の収支に関わる信頼性の高い実験データを取得した.実験は主流部乱れの有無による二つの場合について行なった.スパン方向乱流熱流束ならびにその壁垂直方向乱流拡散を表わす速度温度三重相関の測定においては,壁に対して平行あるいは一定の俯角を有する単一の熱線を壁に垂直な軸の周りに回転させる方法(回転熱線法)を開発し,それを用いることにより空間分解能の高い測定を可能にした.スパン方向乱流熱流束の収支に対する対流と拡散の寄与は,壁近傍を除く境界層全域で小さく,生成率と圧力温度勾配相関が実質的に釣り合う局所平衡状態が広い領域で出現していることが分かった.圧力温度勾配相関について既存の数理モデルを検証した結果から,研究代表者らのモデルを含む二つのモデルが実験結果をよく再現することが明らかとなった.速度温度三重相関についても既存のモデルの検証を試みたが,勾配型モデルは実験結果の定性的傾向は再現するものの予測性能が著しく悪く,実用に供し得ないことが判明した.本研究で得られた中間的な成果は速報として第31回日本伝熱シンポジウムで講演発表するが,今後は速度温度三重相関について,測定精度の向上を図り,数理モデルの改訂の可能性も検討した上で,最終的な成果を学術雑誌に投稿する予定である.