報告書番号

T94007

タイトル（和文）

安定成層が存在する乱流場の熱移動機構の解明

タイトル（英文）

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF HEAT-TRANSFER MECHANISM IN GRID-GENERATED TURBULENCE WITH STRONGLY STABLE STRATIFICATION

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

ヒートアイランド発生時に観測される都市上空大気中の熱移動現象を調べるために、当所の長２０ｍ温調拡散風洞内に夜間の都市境界層で観測される典型的な温度成層場である安定成層乱流場を形成し、当所で開発した高精度の瞬間速度－瞬間温度同時測定システムを用いて、乱流熱フラックスの直接測定を行った。その結果、温度成層による浮力の効果は鉛直方向の乱流強度に顕著に現れることを明らかにした。また乱流熱フラックスの分布から、乱流強度が減少する下流領域では、乱流混合の効果よりも温度成層による浮力の効果が卓越し、流動場の平均温度勾配と逆方向に熱が輸送される逆勾配拡散が起こることを確認した。さらに、下流領域の速度変動値と温度変動値の連続信号をスペクトル解析した結果から、逆勾配拡散現象の出現には、大スケールの波状運動の崩壊現象が重要な影響を及ぼしていることを明らかにした。

概要 （英文）

THE HEAT-ISLAND AND DUST-DOME PHENOMENA ARE MOSTLY OBSERVED WHEN THE NOCTURNAL URBAN BOUNDARY LAYER IS STABLY STRATIFIED. WITH STABLE STRATIFICATION, THE AIR FLOW IS MUTUALLY AFFECTED BYTURBULENT MOTION AND BUOYANCY FORCE, SO THE HEAT-TRANSFER MECHANISM AND ADVECTION OF AIR POLLUTANTS BECOME COMPLICATED AND UNPREDICTABLE. TO INVESTIGATE THE HEAT-TRANSFER MECHANISM IN A STRATIFIED ATMOSPHERE, EXPERIMENTS WERE PERFORMED IN A WIND TUNNEL. GRID-GENERATED TURBULENCE WITH A STRONGLY STABLE STRATIFICATION DEVELOPED IN THE TEST SECTION. THE INSTANTANEOUS VELOCITIES AND TEMPERATURE WERE SIMULATANEOUSLY AND PRECISELY MEASURED USING A NEW TECHNIQUE COMBINING A HOT-WIRE ANEMOMETER AND A COLD-WIRE THERMOMETER. THE VELOCITY AND TEMPERATURE FLUCTUATIONS WEREESTIMATED. THE ISOTROPY OF THE GRID-GENERATED TURBULENCE COLLAPSES ANDTHE VELOCITY FLUCTUATIONS DECAY MORE RAPIDLY IN THE INITIAL REGION THAN FOR ISOTHERMAL FLOW. THE BUOYANCY EFFECT BECOMES MORE PRONOUNCED IN THE VERTICAL VELOCITY FLUCTUATIONS. THE VERTICAL HEAT FLUX CORRELATION COEFFICIENT DECAYS WITH THE INCREASE OF X/M AND FINALLY CHANGES FROM NEGATIVE TO POSITIVE IN THE DOWNSTREAM REGION WHERE THE COUNTER GRADIENT HEAT FLUX (CGHF) OCCURS. THE CO-SPECTRUM SHOWS THAT LARGE-SCALE MOTION DOMINATES THE CGHF IN THIS AIR FLOW. FURTHERMORE, THE PHASE ANGLE AND COHERENCE SUGGEST THAT THE WAVE-LIKE MOTION COLLAPSES WHEN CGHF OCCURS.

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