高レイノルズ数流れにおける雲粒の衝突頻度因子の導出法の開発

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様々な大きさの液滴が衝突成長する場合,どの大きさの液滴とどの大きさの液滴とが衝突したのかを特定できないため,衝突頻度(もしくは衝突頻度因子)を直接求めることは困難である.この困難を乗り越えるためには何らかの特別な方法が必要である.本研究では,逆解析という解析手法を用いることによりこの困難を乗り越えることを目的とする.本年度は,測定によって得られる液滴径分布の変化から液滴間の衝突頻度因子を推定するための"非線形"逆解析手法を開発した.これは昨年度に開発した"線形"逆解析手法をさらに発展させたものである.また,直接数値計算(Direct Numerical Simulation, DNS)を用いて小型風洞を想定した数値実験を行うことにより,開発した逆解析手法の有効性を検証した.具体的にはDNSによって得られた液滴径分布の変化から本逆解析手法によって衝突頻度因子を導出し,その導出結果とDNSによる衝突頻度因子データとを比較した.ただし,最も理想的な場合を想定し,液滴は定常な乱流中で衝突のみによって成長すると考えた.なお,凝縮成長を伴う場合や減衰乱流中での試計算を行った結果,凝縮成長や流れ場の非定常性は無視しうると考えた.検証の結果,本研究で開発した線形および非線形逆解析手法を用いれば,最も重要である最頻半径付近の衝突頻度因子を高い精度で推定可能であることがわかった.ただし,線形逆解析手法は,高レイノルズ数流れの場合には導出誤差が大きくなることが明らかになった.つまり,大型風洞を使った実験のような高レイノルズ数流れにおいて測定を行う場合には,今年度開発した非線形逆解析を用いる必要があることが明らかになった.