抄録
微小振幅波理論を用いて常流状態の幅広い Froude 数条件下で二次元完全発達開水路乱流の直接数値シミュレーション (DNS) を行い, 水面変動が流れ場に及ぼす影響について検討を行った. 水面変動は大きなスケールで等方的に発生し, Froude 数の増加とともにその振幅, 波長が増大することが明らかになった. また水面近傍では Reynolds 垂直応力の全ての成分が Froude 数とともに増加するが, 水面接線方向成分の増加は, 水面変動によって水面近くで促進された圧力変動が水面方向へのエネルギー輸送量を増加させ, これが圧力ひずみ相関によって再分配されてもたらされることが確認された. さらに速度場の空間スペクトル解析から, 水面近傍の乱流構造は Froude 数の増加とともに二次元的な状態から三次元的な状態に移行することが示唆された.
