渦構造解析を通じた圧縮性乱流中の速度ベクトル非圧縮成分の圧縮性依存性の研究

圧縮性乱流における速度ベクトル非圧縮性成分の変化を、一様等方減衰性乱流の直接数値計算と渦構造解析を主な研究手段として調べた。平成13年度の研究から1.圧縮性乱流においては、渦の断面積が非圧縮性乱流の渦に比べて30%以上低下する、2.同様に、渦の旋回の強度もマッハ数の関数として低下する 3.渦の個々のダイナミクスにも圧縮性の影響が現れるということがわかった。平成14年度は、これらの変化の原因を調べた。この結果、4.上記1.-3.の変化は、時間発展初期における密度変化(渦中心軸上での密度の低下)および、渦伸張の低下にもとめられる、5.渦伸張低下の機構として、上記密度変化を引き金とする、渦成長の低下と背景シヤーの低下によるサイクル機構が有力な侯補の一つである、という2点を明らかにした。また、非圧縮性乱流の渦には現れない、圧縮性乱流の渦固有の性質として、周期が渦直径と同程度の渦波を発見した。この短波長の渦波の振幅はマッハ数が小さくなるにつれて減衰し、渦波はマッハ数ゼロの極限で非圧縮性乱流の渦に性質が一致するが、振動の周期はマッハ数に依存せず、ほぼ一定のままである。このような圧縮性乱流の渦の性質は、乱流音などさまざまな課題に重要な役割を果たすと考えられる。

圧縮性乱流における速度ベクトル非圧縮性成分の変化を、一様等方減衰性乱流の直接数値計算と渦構造解析を主な研究手段として調べた。平成13年度の研究から1.圧縮性乱流においては、渦の断面積が非圧縮性乱流の渦に比べて30%以上低下する、2.同様に、渦の旋回の強度もマッハ数の関数として低下する 3.渦の個々のダイナミクスにも圧縮性の影響が現れるということがわかった。平成14年度は、これらの変化の原因を調べた。この結果、4.上記1.-3.の変化は、時間発展初期における密度変化(渦中心軸上での密度の低下)および、渦伸張の低下にもとめられる、5.渦伸張低下の機構として、上記密度変化を引き金とする、渦成長の低下と背景シヤーの低下によるサイクル機構が有力な侯補の一つである、という2点を明らかにした。また、非圧縮性乱流の渦には現れない、圧縮性乱流の渦固有の性質として、周期が渦直径と同程度の渦波を発見した。この短波長の渦波の振幅はマッハ数が小さくなるにつれて減衰し、渦波はマッハ数ゼロの極限で非圧縮性乱流の渦に性質が一致するが、振動の周期はマッハ数に依存せず、ほぼ一定のままである。このような圧縮性乱流の渦の性質は、乱流音などさまざまな課題に重要な役割を果たすと考えられる。