三次元複雑乱流の構造解明のための速度・圧力ハイブリッド計測技術の開発

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平成24年度の研究活動では、当初の研究実施計画通り、PIVと静圧プローブによる変動圧力計測の組み合わせによる速度・圧力同時計測手法の開発について主に研究を行い、それと並行して去年度に引き続き、熱線流速計と静圧プローブの組み合わせによる同時計測手法を用いた円柱後流における速度・圧力相関計測に関する研究を引き続き行った。以下に、それぞれにおける研究成果をまとめる。円柱後流における熱線流速と静圧プローブを用いた計測に関する研究では、23年度における研究活動により、実験による計測結果と数値シミュレーションによる計算結果が概ね良好な一致を得る事が出来たが、物理量の一部において実験と数値シミュレーションの十分な一致が得られなかった。24年度の研究活動では、もう一つのテーマに並行して引き続きこの点に関して詳細に検討を行った。実験と数値シミュレーションの詳細な比較により、両者の結果の不一致は、計測中に速度と圧力の信号の間に生じた小さな時間差が原因であることが分かり、その時間差を修正すれば実験と数値シミュレーションに良好な一致を得る事が出来た。これより、熱線流速と静圧プローブを組み合わせた速度・圧力同時計測手法の信頼性をさらに確かめることが出来きた。PIVと静圧プローブの組み合わせによる計測手法の開発では、23年度で準備を整えた研究室既存の流路を用いて、ステレオPIV、高速度カメラを用いた時間分解PIV、それぞれと静圧プローブを組み合わせた速度・圧力同時計測を試みた。PIV計測と圧力計測の同期、静圧プローブによるレーザー光の反射などの技術的な問題点を解決し、同時計測を試みたが、静圧プローブが計測する圧力の変動の大きさが期待される値よりも小さく、良好な結果が得られなかった。水中における静圧プローブを用いた変動圧力計測の精度をさらに向上させるため、水中計測専用の静圧プローブを新たに試作し、水中における計測系の動的特性を調べる手法を開発した。計測系の動的特性を把握し、それに基づいた修正を計測された圧力に施すことで、計測された圧力変動が期待されるような値を示し、数値シミュレーションや空気における実験結果とも良好な一致を示した。水中において静圧プローブを用いて変動圧力を計測例はこれまで無いため、静圧プローブを用いた計測手法の適用範囲を広げる上でこれは重要な成果である。