はく離発生の空間依存性と時間依存性

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境界層のはくの離の発生は、主流の圧力こう配により支配的な影響を受け、定常流れにおけるはく離機構に関しては詳細に研究されつつある。しかし、非定常流れにおけるはく離の発生・消滅に関しては殆ど研究所されておらず、時間加速度と空間加速度の関係はなお明確でない。本研究は、以上の背景のもとに、先ず空間的な圧力こう配のない流れにおいて時間加速度の影響を検討し、次に空間的な圧力こう配のある流れにおける時間加速度の影響を明らかにすることを目的として、直管、広がり管および狭まり管内の加速原則流れを検討したものである。先ず、任意の加速・原則度が達成できるような、回転数、弁開度を組合せ制御できるポンプ-バルブ系を開発し、コンピュータ制御により、立上り時間0.1Sまでの任意波形が達成できることを確認した。この場合、週期の0.4S以下では理論解析結果と圧力・流速波形に差異が生じ、はく離発生の時間おくれと、これに基づく非定常抗力の予測を正しく行う必要性が指摘された。次に、直管を用いて加速・減速流れの研究をおこなった結果、加速流れにおいては、流れが著しく安定化されるため、層流から乱流への遷移点が著しく高レイノルズ数側にシフトし、加速度の増大とともに遷移レイノルズ数が増大するが、Tecr=5×10^4が限界で、これ以上と以下で乱流せん移のパターンが全く異なることを明らかにした。すなわち、Recr<5×10^4では管入口付近の乱れが遷移の引き金となり、せん移面が流れとともに伝播して遷移を引きおこすが、Recr=5×10^4では管内全域で一度に遷移を引きおこし、これは流れの安定理論により理論的に確認された。最後に、拡大・縮小管における研究では、時間的制約のため、未だ十分な実験データが得られていないが、乱流せん移の遅れとはく離発生のおくれが確認され、層流はく離の可能性が示唆されている。