乱流遷移過程における乱流くさびの特性解明

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平板上の層流境界層内に境界層厚さと同程度の3次元単一突起を設置し、その下流に発達する乱流くさびを実験的に研究した。実験にはV,X形の熱線プローブを用い、突起直後の断面と、突起から十分下流に進んだ断面の代表として、突起高さのそれぞれ50倍、200倍下流の断面において、3方向の平均・変動速度を測定し、渦度、乱れエネルギ生成項の大きさを計算し、両断面間の縦渦構造の差異を調べた。熱線風速計の出力電圧はA/D変換され、計算機で処理された。その結果、以下のことが明らかになった。(1)突起直後では乱流くさび内で多数の縦渦の存在が確認された。その渦はくさび中心に関して回転方向、渦軸の位置、渦の数が対称であった。(2)突起から離れた断面では、くさび界面付近に、一対の縦渦が存在することが分かった。(3)横方向平均速度成分の条件付平均より、乱流流体はくさびの外側へ向かうことがわかった。(4)間欠領域における平均・変動速度、レイノルズ応力成分の乱流平均は非乱流平均よりも大きく、その差は突起直後の方が小さい。(5)レイノルズ応力成分-uvには非乱流流体はほとんど寄与しない。-uv成分に対する非乱流流体の寄与も小さい。(6)乱流くさび内では、乱れエネルギ生成項が正になっており、乱れエネルギ生成が行われている。