振動円柱スパン方向の境界層剥離流れ・渦構造に関する研究

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本研究の目的は、振動している円柱のスパン方向の境界層剥離の様子、振動周波数や振動振幅の変化によるフローパターン、抗力や揚力の変化などを系統的で綿密な実験や数値計算を行うことにより、強制振動時におけるロックイン現象や放出される渦の構造について調査しようとするものである。本年度の研究実施結果として、境界要素法と渦法を併用した数値解析主要を用いて、移動境界をもつ任意形状物体まわりの流れを解く計算プログラムの開発を行い、比較的小さい振幅比で円柱静止時のカルマン渦放出周波数の1.0〜2.6倍の範囲で円柱をながれ方向に振動させた時に生じる渦放出の形態を調査し、円柱振動時の渦放出周波数f_<VK>と円柱振動数fの比によって分類されるロックイン状態のフローパターンF_<CVK>/f=0.5の時に放出された渦対が蛇行する非対称の交互渦列やf_<VK>/f=1の時に双子渦列が形成されることを明らかにした。また、振動円柱の流体力の変化は、数値シミュレーションによると平均抗力係数は円柱静止時の平均抗力係数より低く算出され、円柱の振動数が増加するにつれて抗力係数は増加し、渦放出によって生じる揚力係数の周期的変化は見られなくなることを得た。今後の展開として、振動円柱からの渦放出の様子、振動周波数や振動振幅を変化させた時の流体力(抗力や揚力)の変化を調べる系統的で綿密な実験の遂行がデータベースの蓄積や計算手法の検証の面からも是非とも必要となる。