3次元単一突起による平板境界層の乱流遷移機構の解明

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平板上の層流境界層内に境界層厚さと同程度の円柱形突起を設置し、その下流に発達する乱流くさびを実験で測定した。実験にはまずI形の熱線プローブで乱流くさび中心断面内での諸量の下流方向変化を調べた後、V,X形の熱線プローブを用い、突起直後の断面と、突起から十分下流に進んだ断面の代表として、突起高さのそれぞれ50倍、200倍下流の断面において、3方向の平均・変動速度を測定し、両断面間の縦渦構造の差異を調べた。熱線風速計の出力電圧はA/D変換され、計算機で処理された。まず、I形熱線プローブの測定から以下のことがわかった。(1)突起直後の乱流くさび内部では平均量は十分に発達した乱流にまで達しておらず、徐々に発達して行く。(2)乱流くさびの中心断面では、くさびは通常の乱流境界層と同じ割合で境界層厚さ方向へ発達する。(3)壁からの距離が一定な平面上の乱流くさびの境界線が直線になる範囲は限られている。V,X形熱線プローブからは以下の結果が得られた。(4)平均渦度の等値線を描き、突起下流とある程度離れた断面では、縦渦の配置が違うことがわかった。(5)突起直後の断面においては、断面内に多数の縦渦が存在することが断定された。その縦渦群は、乱流くさび中心に関して、回転方向、渦軸の位置、渦の数がほぼ対称であった。(6)突起から離れた断面では、くさび界面付近に一対の縦渦が存在することが分かった。(7)突起から十分離れた位置における縦渦の発生原因は、Prandt1の第二種の2次流れであるとは言い難い。(8)乱流くさび内では、乱れエネルギ生成項が正になっており、乱れエネルギ生成が行われている。