レーザー誘起蛍光法による超音速キャビティ流れの三次元非定常構造の解明

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本研究の目的は超音速キャビティ流れの振動機構を明らかにし,振動現象にともなう渦の放田をスクツムジェットエンジンにおける燃料混合促進に積極的に応用することである.昨年度までに,キャビティ流れの振動の強さは,キャビティ長さをL,深さをDとした場合,その比L/Dに依存し,L/Dか0.7と2.1の場合に振動が強くなり,L/Dが1.5付近では,振動が弱くなることが分かった.このような振動増幅のメカニズムが分かれば振動の強さを制御でき,燃料混合部の性能を向上させることが可能である.そこで,本年度はL/D比が0.7,2.1の場合に振動が増幅するメカニズムを明らかにするため,L/D=0.7,2.1のキャビティ流れについてレーザー誘起蛍光法,位相をロックしたシュリーレン写真による可視化,および数値解析を行った.以下にその結果を示す.1.本流れ場は,8.4,18.6,27.7kHzの振動周波数が存在し,L/D=0.7のキャゼティは27.7kHzの振動モード,L/D=2.1のキャビティは18.6kHzの振動モードが増幅することが明らかになった.2.レーザー誘起蛍光法および位相をロックしたシュリーレン写真から,L/Dが0.7,2.1ともにせん断層内を移動してきた温度変動とキャビティ内の圧力波の強め合いによって大きくなった温度変動が重なり合うことでせん断層が大きく変位し,振動が増幅することが明らかになった.3.本数値解析は,上述のような温度変動場やせん断層の変位を定性的に再現した.