粗面流の渦構造における分岐理論応用に関する基礎的研究

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〔現在までに解析が終了、あるいは報告した内容〕二次元矩形粗さ要素がピッチ比4で配列したk形粗面を用いて風洞実験を行い、d形粗面流の結果と比較した。(1)平均速度分布および各種境界層厚さの下流方向の発達から、本k形粗面境界層における壁面摩擦抵抗係数は滑面およびd形粗面境界層のものよりもかなり大きいことが予想された。(2)k形粗面の粗さ要素近傍における平均速度および乱れ強さ分布に、粗さ要素に対応した周期的分布がみられた。その周期性は高レイノルズ数のd形粗面境界層のものと異なる。また、この差異は溝内部の渦パターンと境界層との干渉過程の差異によるものと推測された。(3)粗さ要素周りの静圧分布の計測から、溝内部および粗さ要素周りの渦パターンの推測を行った。溝内部において、d形粗面流については一つの定在渦が、一方k形粗面流については溝内部全体にわたる寸法をもつ大きな渦と粗さ要素上流側の溝部底面上における小渦の存在が推測された。これらの渦はそれぞれの粗面流の特性に重要な役割を果たすものと予想された。〔現在進行中および今後の予定〕(1)k形粗面境界層について、局所壁面せん断応力の直接測定を進めている。求めた局所壁面せん断応力により、d形粗面とk形粗面流との平均速度および乱流量分布の差異を明らかにする。(2)水槽における可視化実験を計画・進行中である。可視化観察により、平均量および壁面静圧分布から予想した渦パターンを確認する。また、LDV計測から溝内部の流れに関する定量的データを取得し、渦中心やハーフサドル等の分岐点の種類と数および位置を決定する。