円管内振動流中柱状物体からの渦放出特性に関する研究

本研究の目的は、振動流中におかれた柱状物体または一様流中を流れ方向に移動する柱状物体からの渦放出の様子、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統計的で綿密な実験や数値計算を行うことにより、流れに振動が加わった際の柱状物体まわりの流れの構造や振動特性について調査しようとするものである。研究実施結果として、円管路解析に先立ち二次元自由流中を並進運動している円柱まわりの流れ場を解く計算プログラムの開発ならびに二次元振動流中におかれた円柱まわりの流れ場を解く計算プログラムの開発を行い、二次元自由流中を並進運動している円柱まわりの流れ解析プログラムにおいて、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0.2〜2.6倍の範囲で円柱を流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と円柱振動数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を既存の実験データや曳航水槽を用いて静止水中を振動しながら進む円柱後流のフローパターンと比較して良好な一致を得た。円管路実験においては柱状物体を振動させる構造は難しいため流露内の流路内の流体の速度を増減させる振動流発生装置の設計、作成を行った。しかしながら、水流実験においては円滑な作動状態とはならず、空気流において試験的に実験を行った結果、振動を与えた場合は与えなかった場合に比べて渦放出周波数が減る傾向にあることがうかがえ、準定常的な扱いができないことがうかがえる。今後の展開として、定常流や振動流における円管内におかれた柱状物体からの渦放出の様子を定量的に評価できるような実験手法と装置の構築を行いフローパターンや流体力特性などの計測を行う系統的で綿密な実験の遂行、および計算の三次元性への拡張が必要である。

本研究の目的は、振動流中におかれた柱状物体または一様流中を流れ方向に移動する柱状物体からの渦放出の様子、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統計的で綿密な実験や数値計算を行うことにより、流れに振動が加わった際の柱状物体まわりの流れの構造や振動特性について調査しようとするものである。研究実施結果として、円管路解析に先立ち二次元自由流中を並進運動している円柱まわりの流れ場を解く計算プログラムの開発ならびに二次元振動流中におかれた円柱まわりの流れ場を解く計算プログラムの開発を行い、二次元自由流中を並進運動している円柱まわりの流れ解析プログラムにおいて、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0.2〜2.6倍の範囲で円柱を流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と円柱振動数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を既存の実験データや曳航水槽を用いて静止水中を振動しながら進む円柱後流のフローパターンと比較して良好な一致を得た。円管路実験においては柱状物体を振動させる構造は難しいため流露内の流路内の流体の速度を増減させる振動流発生装置の設計、作成を行った。しかしながら、水流実験においては円滑な作動状態とはならず、空気流において試験的に実験を行った結果、振動を与えた場合は与えなかった場合に比べて渦放出周波数が減る傾向にあることがうかがえ、準定常的な扱いができないことがうかがえる。今後の展開として、定常流や振動流における円管内におかれた柱状物体からの渦放出の様子を定量的に評価できるような実験手法と装置の構築を行いフローパターンや流体力特性などの計測を行う系統的で綿密な実験の遂行、および計算の三次元性への拡張が必要である。