ダウンバーストの実験室モデルとして, 鉛直重力流を地面に衝突させる実験を行った.粒子画像流速計 (PIV) により子午面断面内のアンサンブル平均速度場を計測し, 周方向渦度および乱流応力を求めた.下降期, 衝突期および発散期での統計的な性質が明らかになった.また, 下降流に付随して発生する循環流について検討を行い, その性質および役割が明らかになった.本実験結果は, 実際のダウンバーストのドップラーレーダーによる観測結果とよく一致した.

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空力学の諸問題を扱った数値シミュレーションにおいては, 広大な現実の空間に比べ計算機の中で扱うことのできる領域は高々有限であるため, 計算対象となる空間の打ち切りが必要となる.このとき, 打ち切られた断面という人工的な境界が生じてしまうが, そのような人工的な境界上で特別な取り扱いをしなければ, 現実には存在しない反射波が生成されてしまい, 現実的な解を得ることはできない.そこで, 無反射境界条件, すなわち, 人工的な境界上で反射が起こらないようにするための境界条件の設定が重要となる.無反射境界条件は既にいくつか提案されているが, 特にPoinsot-Leleの境界条件は, その頑健性と実装の容易さから現在広く利用されている手法のひとつとなっている.しかし, Poinsot-Leleの手法の基礎となったThompsonの境界条件の有効性が理論的に保証されているのは波が境界に対して垂直に入射している場合のみである.この問題点は以前から指摘され, その改善が望まれていた.本論文ではこの要望に答える.すなわち, 数値計算時のデータを利用することによって, 流れの向きに対する仮定をおかないEuler方程式に対する無反射境界条件を提案し, そのNavier-Stokes方程式への拡張法について述べる.

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壁面に設けた小さな穴から吹出すジェットと主流との干渉で発生する縦渦は, 境界層はく離の制御に有効である.主流中に吹出されたジェットは様々な渦をともない流れ場に複雑な影響を及ぼすことが確認されている.しかし, 特にジェットを傾けて吹出した場合の, ジェット近傍の詳細な流れ場の様子は不明なままである.本研究では, 縦渦発生ジェットにおける渦構造の可視化を実施した.その結果, ジェット吹出し角によりジェット後流での渦構造に違いが確認できた.

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本研究では, 渦が音を出す機構を理解するための流れのモデルとして, 周期的な時間変化をする循環 (符号は異なるが強さは同一)をもった2本の渦糸が一定距離を保つ渦対 (2次元) および, 同様の渦糸が一定面積の長方形の形を保つ渦輪 (3次元) を考え, これらの渦系が静穏媒質中で放射する音波を解析し, 遠方場の音圧について閉じた形の表式を得た.この2つ音源渦モデルを円柱のカルマン渦列の渦形成場に適用し, 2次元および3次元遠方音場の音圧の表式を得た.そしてこれらの結果をもとに, エオルス音を発生する渦対と渦輪の2重極音源としての流れを考察した.

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