第4章 回復域の平均･変動速度場
4.3. 緒言
回復域における変動速度場の特性を実験的に調べ,以下の諸点を明らかにした.
(1)再付着域の直後から始まる回復域では,下流に向かって速度の主流方向成分は二 次元乱流境界層の分布へと漸近し,横方向成分は徐々に小さくなる傾向を示し, 各種積分厚さ,局所摩擦抵抗係数,表面流線の傾きの変化も同様の傾向を示した.
しかし,本実験の最下流位置(ズ〟才=40)でも,完全には回復しない.
(2)回復域における平均速度分布は,壁に近い領域はJolmstonの三角形モデルとよ く適合し,表面流線の傾き角を見積もることができた.しかし,主流に近い側の 速度分布はこのモデルからのずれを示した.さらに,三次元乱流境界層の普遍速 度分布として,Jolmstonの対数法則を適用し,再付着後の急激な流れの変形を受
ける領域より下流のズ〃7≧12.5について,その妥当性を確認した.
(3)三次元乱流境界層に対して提唱されている4種の対数速度分布の妥当性を検討 した･ズⅠ方向成分に対する対数法則表示では,下流に向かって徐々に対数直線領 域が増していく様子が示され,合成速度に対する対数法則表示では,全体に対数 速度分布として妥当であることが示された.
(4)(ズ*,γ,Z*)系で表した変動速度場に関して,再付着点付近で壁から離れた位置に 現れる変動速度成分の大きな値は,上流はく離せん断層で作られた高乱れの移流 だけではなく,局所的に〟*,W*変動成分への乱れエネルギー生成の寄与が大で
あることが分かった.Reynoldsせん断応力成分についても各成分への生成項が大 きく寄与している.なお,Reynolds応力成分は壁面近傍と境界層中央部でピーク を持つ特殊な分布形状を示した.
(5)渦動粘度はステップ上流の二次元流の分布と比べ,再付着直後ではかなり大きな 値をとり,下流に向かってこの分布に漸近する.渦動粘度Ⅴ乃1は再付着直後は比 較的小さく,ズ〟ナ=12.5辺りまで徐々に増加する.これらの渦動粘度の比は1と
はならず,流れ場は非等方的渦動粘度の場であるとことが示された.非等方性の 程度を座標系に依存しない形で調べるため,せん断応力角γTとひずみ速度角γg
の差を調べた.その結果,ズ/〃がおおよそ12.5を境として,これより上流では この差が100を越え,これより下流ではほぼ100以下で下流に向かって徐々に 減少し,等方的な場に近づいて行くことが示された･
(6)構造パラメータは,再付着直後の辺りでは層内で一定と見なせる領域はなく,二 次元乱流境界層における値0.15よりかなり大きな極大値を取る･この極大値は
下流に向かって徐々に減少し,分布は全体的になだらかになり,二次元流の分布 に近づく.再付着後の構造パラメータが二次元流の値より大きいことは,この流 れ場が構造的にせん断駆動の三次元乱流境界層であることを示している･
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