水エマルジョン燃料は、NOxやすすの排出抑制に効果があることが知られているが、それと同時に、燃料の節約も可能であると言われている。しかし、本当に燃料が節約できるのか、またその理由は何なのかは未だ明らかにされていない。そこで、本研究では水エマルジョン燃料の燃焼特性及び生成される燃焼ガスの伝熱特性を解明する目的で、円筒形燃焼炉を用いたA重油－水エマルジョン燃料の燃焼・伝熱実験を行った。その結果、A重油に比べると水エマルジョン燃料のほうが伝熱効率が上がり、ＮＯx及びすすの排出量も低減されることがわかった。伝熱効率が最大となるA重油に対する水の添加率は10％程度であり、この水添加率の時に、燃焼ガスから側壁への熱流束が最大となることを明らかにした。 キーワード：水エマルジョン燃料、伝熱効率、排出物、熱流束

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芳香族燃料の予混合火炎におけるすすの生成過程において，フラーレンが生成されることが確認されているが，それらの前駆体であるPAHからフラーレンやすすに至る生成機構は未だ明らかになっていない．これまでの研究から，フラーレン生成機構において，発熱量・炉内温度がその成長に重要な影響を及ぼすことが分かった．本稿では，ヒータによって燃焼炉を外部から加熱することで，炉壁からの熱損失を抑えることのできる実験装置を作製し，炉壁からの熱損失と炉内温度がすす状物質に含まれるPAHおよびフラーレン含有率に及ぼす影響を調べた．

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都市ゴミの有効利用法として期待されるごみ固形燃料（RDF）は有害な重金属等を含んでいる。その一つである鉛はRDFを燃焼した際、一部は飛灰に、残りは炉底灰中に残る。燃焼場における鉛の挙動を計測することは、RDF燃焼時における効率的な燃焼排ガスの熱利用や飛灰処理の簡略化などの点において重要である。そこで我々は小型の円筒形RDF燃焼バーナーを作成し、燃焼条件を変え、原子吸光法による火炎中の鉛原子の計測を行った。また炉底灰中の鉛の定量を行い、吸光度から飛灰中の鉛の量を見積もる手法を開発・検討した。

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カーボンナノチューブが大きな可能性を持つことは知られているが、その製造コストを考えるとCVD法を用いるのが妥当である。触媒は何らかの担持材と共に用いられることが多いが、カーボンナノチューブを合成する際にも微粒子がシンタリングにより触媒活性を失わないよう担持材が用いられる。従来、担持材による触媒への影響は議論されていないが触媒粒子が数nm以下という大きさの場合無視することはできない。本研究で種々の担持材に担持された触媒による合成純度とナノ粒子の電子状態を比較したところ興味深い傾向が得られた。

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次世代の高効率・低エミッションエンジンとして予混合圧縮自着火(HCCI)エンジンが注目されている．HCCIエンジン内部の燃焼形態は着火と火炎伝播が混在した複雑な状況であると予想されるが，詳細な火炎構造は明らかではない．そこで本研究では，水素・空気，メタン・空気及びn-ヘプタン・空気予混合気を対象として，輸送係数・物性値の温度依存性を考慮に入れた乱流中での着火及び火炎伝播の直接数値計算を行い，乱流及び燃料種が着火と火炎伝播に与える影響を明らかにした．

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エンジン内燃焼において，火炎と壁面の干渉機構は未解明な部分が多く残された重要な現象である．本研究では，水素・空気予混合気とメタン・空気予混合気を対象として，詳細化学反応機構と輸送係数・物性値の温度依存性を考慮に入れた，乱流予混合火炎と等温壁との干渉に関する直接数値計算を行った．それらの結果から，壁面近傍の火炎伝播，NOｘ生成，熱損失，消炎機構，またそれらに対する乱流特性及び燃料種の影響などの乱流予混合火炎の壁面近傍挙動を明らかにした．

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高温壁面近傍のメタン‐空気予混合火炎の燃焼範囲と火炎位置が，伸長率，当量比，壁面温度によってどのように変化するかを調べた．数値計算により，ある範囲の伸長率，当量比，壁面温度において，燃焼範囲が分岐することが分かった．また，微小重力実験から，同じ伸長率，当量比，壁面温度において，異なる火炎位置が存在することを示した．数値計算と比較し，微小重力実験で得られた二つの火炎位置はUpper branchとMiddle branchであることが分かった．

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筆者らは，より簡便な数値解析方法で十分有効なデータベースを構築することを目的とし，最も一般的な化学反応モデルの一つである火炎片モデルを対象に，火炎片モデルに用いられている個々の仮定に着目し，各々が得られるデータベースに与える影響の詳細を明らかにすることを試みた．特に本研究では，物質の拡散係数の違いに焦点を当て，拡散係数の取り扱い方の違いが得られるデータベースに与える影響の詳細を比較検討することを目的とし，メタンを空気で燃焼させた場合と，酸素付加で燃焼させた場合のデータベースを比較検討した．

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極超音速航空機用推進器のための再生冷却方法のひとつとして，炭化水素系航空機燃料を冷媒とし，その熱分解吸熱による冷却促進効果を利用する方法が提案されている．しかしながら，そのような化学的吸熱を伴う流体系の熱伝達係数を具体的に記述する熱伝達理論は現在までに確立されていない．本稿では，新しい状態変数の導入および古典的境界層理論に基づく仮説の導入によって，上記のような化学的吸熱現象を伴う流体と固体壁の間の対流熱伝達係数を記述する方法および関係式を提案する．

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バイオマスの超臨界水ガス化は、含水系のバイオマスを効率よくエネルギー変換する技術として期待されているが、その熱工学的解析は十分に行われておらず、反応熱の決定も高温高圧の条件のために困難な状況である。そこで、我々は二管並列型断熱反応器を用いて反応熱を測定する装置を提案し、基礎的な検討を行った。今回、モデル化合物として用いるグルコースの反応熱を決定し、その温度と滞留時間への依存性を確認したので報告する。

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蒸気状前駆物質を用いた気相燃焼合成法により、希土類系酸化物蛍光ナノ粒子を合成した。粒子の特性はTEM、XRD、蛍光分光測定器を用いて評価を行った。前駆物質蒸気濃度、合成火炎温度を制御することで、異なる粒子径、粒子形状、結晶構造をもつ40nm以下の単結晶粒子を合成した。合成条件、粒子径、粒子形状、結晶構造と粒子の蛍光発光特性との関連性について検討を加えた結果、得られた粒子径範囲において蛍光発光強度は粒子径に依存しないことが分かった。

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メタン／空気予混合火炎にニッケル系触媒を用いてカーボンナノ物質の燃焼合成に関する研究を行った．ここでは，ふく射エネルギー再循環による燃焼促進法を適用した燃焼場を対象として，当量比を1.6に固定し，燃焼速度を2.0cm/s及び4.0cm/sと変えて実験を行った．合成されたカーボンナノ物質は，ラマン分光法を用いて結晶化の評価や熱重量分析による合成物の評価等を行い，合成条件と合成物の特性についての検討を行った．

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近年，マイクロ・スケールにおける燃焼現象に関する研究が注目されている。これらの研究は燃焼器壁面による熱的，化学的の影響を調べ，基礎的知見を得たが，まだ明らかになっていない点が多い。本研究では，燃焼器の外壁に赤外線による加熱が可能な黒色石英を組み込み，内壁面に化学的消炎を抑制できる透明石英を用いた超薄型燃焼器を試作した。壁面を高温に保った場合，安定火炎と特異な振動火炎が観察された。また，壁温度による消炎距離の変化，および，壁温度，等量比，流速，チャンバー厚みによる火炎形態の変化を調べた。

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Combustion behavior of premixed methane-air mixture was experimentally investigated in heated a radial microchannel over the equivalence ratio range of 0.65-1.35. We herein report some characteristics of rotating pelton-like flame waves observed in the the radial microchannel with a gap width of 1.0 and 1.5 mm. These flame structures rotate with one to five pelton-like flame cells around the channel center at frequency of ~15-50 Hz. Dependencies of flame rotating frequency and radial locations on the mixture equivalence ratio are examined. Effect of inter-walls heat transfer processes on flame characteristics is also discussed.

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携帯電子機器の発達に伴い，高信頼性，スケール効果が小さい等の利点を持つ熱光起電力発電システムが，小型発電システムとして期待されている．このシステムの課題は，小型で高効率な熱源の開発とPVセルで電力に変換可能な特定波長域の近赤外光の発生と制御である．我々は，赤外光を発生させる熱源，エミッタとしてペレット触媒を用いた小型触媒燃焼器を開発し，本研究では，触媒燃焼器の特性として, さまざまな条件における着火性能，燃焼安定性，排気ガス，放射スペクトルを調査した．

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Combustion of lean methane-air mixtures under filtration in inert fibrous porous media was studied experimentally. A specific instability phenomenon that combustion wave split into two or more parts during wave propagating downstream was observed in small diameter quartz tubes. The temperature profiles captured by thermoviewer showed an inclined propagation of flame front. The split flame might be due to nonuniform heat loss on inclined flame front and a leakage of incomplete burned mixture through the original flame front. Essentially the split flame was a nonlinear phenomenon of thermal and hydrodynamic processes.

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本研究では，乱流予混合火炎の三次元構造を明らかにするために，CHラジカルのレーザ誘起蛍光法（PLIF）を微小間隔離れた二平面で行うDual-Plane CH PLIFを開発し，このDual-Plane CH PLIFとSingle-Plane OH PLIFを組み合わせて乱流予混合火炎の三次元構造を直接計測する方法を確立した．この同時計測法をメタン・空気乱流予混合火炎に適用し，乱流予混合火炎の三次元構造に対するレイノルズ数の影響を明らかにした．

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本研究では，乱流予混合火炎における局所燃焼速度の特性を明らかにするために，乱流噴流予混合火炎においてＣＨラジカルのダブルパルス平面レーザ誘起蛍光法（ＰＬＩＦ），ＯＨラジカルのＰＬＩF及び二波長二平面ステレオ粒子画像流速計（ＰＩＶ）の同時計測を行った．複合レーザ計測の結果から，局所疑似燃焼速度を直接算出し，その特性を明らかにした．また，渦対と干渉する予混合火炎及び乱流予混合火炎の直接数値計算の結果と比較することで，乱流予混合火炎における局所疑似燃焼速度と局所乱流特性との関係を明らかにした．

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低環境負荷燃料の一つであるメタンのマイクロフレームは，固体酸化物型燃料電池と組み合わせることにより，小型マシン用の発電システムを構築することが可能になる．マルチパワー源としてマルチマイクロフレームを採用する場合，駆動状況に合わせた電気エネルギーを供給することが可能になり，マルチマイクロフレームの燃焼特性を調べることは非常に重要である． 　本研究では，多重管バーナー上にメタン・空気予混合火炎を形成させ，その形状および挙動を観察し，火炎からの発光強度の時系列解析を行い，火炎のゆらぎの特性を調べる．

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省エネルギ法施行などにより，火力の小さい一般家庭用ガスバーナーにおいても，早急な高効率化が求められている．これまでの我々の研究成果として，局所的酸素欠乏が加熱効率に悪影響を与えていることを明らかにするとともに，強制的空気加給により加熱効率向上を実現できることを示してきた．本研究発表においては，シュリーレン法による燃焼火炎の動的可視化を実施し，加熱効率のさらなる向上を目指す上で必要となる事項を示す．

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ナノ構造の熱伝導に及ぼす影響をミクロから理解するため、 Siの熱伝導現象を分子動力学計算した。ナノ構造として、 大きなインピーダンスを得られるよう、Si内にナノ孔を配置した。 計算結果を時空間フーリエ解析し、フォノンの分散関係を求め、 孔を周期的に配置した場合、ミニブリルアンゾーンがみられ、 それに伴うフォノン速度の低下と新たなフォノンモード生成など 超格子と同じ現象がみられた。この結果から多孔ナノ構造においても、 その配置が周期的な場合、超格子と同等の熱伝導率の低下を 期待できる。

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固体面上にあるナノスケールの極薄液膜を対象とした非平衡分子動力学シミュレーションを行い，その蒸発挙動を調べた．計算系はプラチナ分子を用いて固体壁を構成し，アルゴン分子を用いて液体と気体を構成した．異なる界面濡れ性，固体表面形状に対して，液膜の蒸発挙動を観察するとともに，液膜の厚み変化を検討した．また，異なる固液界面構造が，液膜の蒸発速度に与える影響を比較した．

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長さスケールが微小化すると界面力の影響が顕在化するため、界面張力の局所的制御は微小気泡の制御のためには有効な手段であるといえる。本研究では、マイクロチャネル内微小気泡周りの流体にレーザーで局所的温度変化を非接触で与え、誘起された界面張力勾配に起因した流動を利用した微小気泡マニピュレーション技術に関する実験的検討を行った。蛍光溶液をバックライトとした気液界面位置検出系、及びレーザー走査系による実験装置を構築し、集光スポットに追従して微小気泡が移動する挙動の観察を行い、本手法の有効性を確認した。

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気液界面流動を伴うマイクロチャネルを用いた新たな機能の創生に向け，気液界面を介するCO₂溶解過程の可視化計測を行った．表面張力と圧力損失の力の平衡より,段差チャネルを用いて微小空間に気液二相層流を作成した．計測手法として，マイクロPIVとレーザ誘起蛍光法を併用する，速度・pH同時計測手法を適用した．作動液体に脱イオン水を選定し，水素イオン分布よりCO₂溶存濃度を算出した．本計測により，液相速度のCO₂溶解過程への影響を定量的に評価した．

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スラグ流はマイクロチャネルにおける代表的な流動様式であり、管壁と気泡間に形成される薄液膜は二相流の熱伝達に重要な役割を果たすことが知られている。本研究では、マイクロチャネル内の薄液膜の形成に影響を与える重要なパラメータの関係を明らかにすることを目的に、レーザフォーカス変位計を利用して断面形状の異なるマイクロチャネル壁面に形成される二相流の液膜厚さを測定した。空気とエタノールを用い、液相の速度を0～3m/の範囲で変化させて実験を行った。マイクロチャネルとして、チャネル高さが0.5, 0.3, 0.1mmの三種類の長方形断面形状管、および内径が0.5, 0.3, 0.1mmの三種類の円管を用いた。液膜厚さをキャピラリで整理し、テイラーの相関式と比較した。無次元液膜厚さのチャネルの高さに対する依存性を評価した。

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本研究では近接場顕微技術と蛍光寿命測定を融合し、ナノスケールの空間分解能を有する新しい光学的温度測定法の開発を目的としている。本報では著者らがこれまで開発した近接場蛍光熱顕微鏡に位相分解蛍光寿命測定法を導入し、蛍光プローブとしてQdot655 ®の近接場蛍光寿命とその温度依存性を測定したので報告する。また本測定法の分解能試験試料として線幅500 nmの金属細線ヒーターを製作し、ナノスケール温度測定の予備的測定としてジュール発熱による温度変化を近接場蛍光寿命の変化として検知したので報告する。

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NEMS技術を用いて製作した二つのターミナル間に懸架されたナノメートルオーダーのPtホットフィルムを用いたナノ構造体の熱伝導率計測方法を開発し、アモルファスカーボン熱伝導率計測を行った。Ptホットフィルム上にEBIDを用いてアモルファスカーボンを堆積させ、堆積前に一次元解析解により求められるPtの熱伝導率と堆積後に同一の方法で求められる見かけの熱伝導率の差からアモルファスカーボン熱伝導率を求める。この計測方法での、信頼性を確認するために二次元の数値計算を行い、計測の誤差を見積もった。

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皮膚内部の組織を可視化するために，近赤外光を用いた共焦点レーザー操作顕微鏡の利用が考えられている．しかしながら，皮膚は非常に強い散乱性の媒質であるため，レーザー光は強い散乱を受ける．この散乱光の一部が，ターゲットからの光に重なって，検出側の焦点に集まるために，得られる画像の分解能が低くなってしまう．本研究では，光がある距離を伝播する際，直達光より散乱光が遅れることに着目し，時間分解計測の光学系を共焦点顕微鏡に組み込んだシステムが，画質改善に有用であるかどうかを数値解析により検討した．

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周囲の浸透圧変化による細胞の脱水特性は，細胞の凍結損傷と密接な関係がある． 本研究では，共焦点レーザ顕微鏡を用いてNaCl濃度の上昇に伴う細胞の体積変化 の三次元実時間観察を行った．そして，生体組織凍結の基礎として，細胞膜の水 透過率および体積変化特性が単離浮遊状態の細胞と基板に培養した状態の接着細 胞で異なるかどうかを明らかにした．

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微小領域における凍結手術を実現するための冷却針を用いた凍結手術の伝熱解析を行った．冷却針は外径が小さいため，凍結手術を行うのに十分な冷却能力があるか評価する必要がある．そこで有限の熱伝達率における冷却針周りの凍結領域を解析するため，一次元軸対称生体凍結モデルを構築し，定常状態における解析解を導出した．この解析解により冷却針の半径，熱伝達率，凍結領域の大きさ，冷却針表面温度の関係性について考察した．また解析解を無次元化することで一般的な特性を理解できることを明らかにした．

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腫瘍凍結壊死療法の凍結過程に関する解析を紹介する．まず灌流の効果について解析解を示し，１本のプローブが凍結しうる限界半径が存在することを明らかにする．さらに，数値解析により，腫瘍凍結における血管の影響について検討する．

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本研究は、プラスチックやガラスなど各種の非金属容器内にドライ及び溶液と共に密閉された状態下の細菌に対し、低温プラズマを照射した際の殺菌効果を容器壁を介してプラズマ照射による温度上昇によるものか、ラジカルの発生によるものかを定量し評価したものである。

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近赤外分光法を利用した微量水溶液の温度測定システムを応用して、褐色脂肪細胞の温度測定を試みた。先ず、顕微鏡下で細胞の培養を維持し、光路長が50 umになる測定用容器を試作した。発熱を誘起させるノルアドレナリンの投与が行えるような装置とし、5 ms毎のスペクトルデータを取得した。そのデータより温度依存性を示す1908 nmの吸収係数を等吸収点補正して求め、温度変化を推定した。温度変化に起因する不規則な変動は認められたが、現段階では細胞の熱産生を捉えられず課題が明らかになった。今後、外乱の影響を極力排除した実験システムおよびデータ解析法を検討し、測定データ数を増やすことが肝要と考える。

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癌温熱療法の一種であるハイパーサーミア治療時における生体組織内部の非侵襲的な温度測定の実現に向けて，血流による冷却効果を考慮した3次元生体伝熱モデルを構築し，生体内温度分布の計算を試みた．今回，血流による冷却効果を毛細血管と大血管の2つに区別して取り扱うものとし，大血管の取り扱いについては生体組織に対して線熱源としてモデル化を行う方法を提案した．大血管を曲線形状として配置して，生体をモデル化した3次元生体伝熱モデルを用いて，生体の表面温度から生体内部の温度分布および熱物性値について逆解析を行った結果について述べる．

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成層乱流（一様減衰乱流）に対する直接数値シミュレーションを行った。その結果、成層乱流中の高プラントル数(Pr=6)のパッシブスカラーは、従来知られているようにKolmogorovスケールよりも小さいスケール（Batchelorスケール）で散逸するが、成層を形成する高プラントル数のアクティブスカラー(Pr=6)の場合、事情は異なる。すなわち、運動エネルギーが散逸するKolmogorovスケールでアクティブスカラーの乱れは散逸してしまうことがわかった。

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　本研究では、平行平板の一方の平板に、スパン方向に一様な矩形物体を一つ設置した場合についてDNSを行い、熱流動特性を吟味した。流路半幅δと摩擦速度を基準とするレイノルズ数を150に設定した発達チャネル乱流を流入条件とし、プラントル数を0.71とした。矩形物体の幅を0.2δとし、高さが0.2δ、0.1δ、0.05δの場合について計算した。その結果、矩形物体が低いほど再付着点とヌセルト数極大点がずれる現象が起こり、これについて考察した。

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本研究では、発達した平行平板間乱流の熱輸送を調べるため、(a)壁面を一様な熱流束で加熱した場合、(b) スパン方向に一定温度勾配を与えた場合、(c)壁面を部分的に加熱して温度後流を発生させた場合について直接シミュレーション（ＤＮＳ）を行った。摩擦レイノルズ数は150に固定した。プラントル数は、0.025, 0.71, 5.0の三段階に変化させた。数種類の乱流熱流束モデルを検証し、縦と横の乱流熱流束において予測精度の違いは小さいが、低プラントル数において誤差を生じる可能性があることを見出した。

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本研究では乱流レイノルズ数1000、プラントル数5の高レイノルズ数チャンネル乱流場の直接数値シミュレーションを行った。 得られたDNSデータをもちいて、乱流統計量の特性について解析を行うとともに近年注目を集めている高レイノルズ数壁乱流における大規模構造の熱伝達に及ぼす影響に関して考察を行った。

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　比較的高いＰｒ数の平行平板間乱流熱伝達の高解像度ＤＮＳを実施した．壁面摩擦速度とチャネル半幅で定義されるＲｅ数は３９５，Ｐｒ数は１０までを対象とし，スカラー散逸に関する確率密度関数，不変量マップ，瞬時場などからそのＲｅ数・Ｐｒ数依存性について考察した．またエネルギー散逸場や渦構造との相関関係についても検討した．さらに温度乱れ散逸率輸送方程式の各項についてＲｅ数・Ｐｒ数依存性を考察するとともに，温度場二方程式モデルにおけるε_θ方程式のアプリオリテストを実施し，モデル構築へ向け既存モデルを統一的に評価した．

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都市環境における，ヒートアイランド現象や大気汚染などの環境問題を，工学的に予測し対策を検討するため，都市スケールで生ずる熱輸送現象の素過程を抽出し実験的に調べる必要がある．本研究では，２次元丘模型周りで生ずる乱流場において，条件付サンプリングを適用し，その特性を調べた．その結果，丘下流のはく離泡内では，フラッピング運動に相当する低周波数の流動に合わせて，壁近くの逆流域が変動し，強い関連を示すことが明らかとなった．

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本研究では，チャネル乱流における高シュミット数 乱流物質輸送のDNS/LESハイブリッド計算を行う． これにより，壁面近傍における乱流濃度場の各種統計量を取得し， それらのスケーリングを議論する． また，乱流物質輸送を予測する上で，特に重要となる， 渦拡散係数の壁面漸近挙動を調査し，高シュミット数で見られる 運動量輸送と物質輸送の非相似性のメカニズムを探る．

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平行平板間流れにおける乱流‐層流間の遷移域では，乱れが空間的に間欠となる現象（パフ構造）が発生し，これが流動特性・熱伝達特性に有意な影響を及ぼす．本研究では，スカラー熱輸送を伴う大規模な直接数値シミュレーション（DNS）により，パフ構造のスケールと形状を調査した．また，パフが発生したバルクレイノルズ数はRe_m=1500～2800であることを示した．さらに，パフ発生の実証を得るため，同流路形態の可視化実験を行った結果，実際に遷移域において大規模な間欠的構造を捉えることができた．DNSと実験で得られた結果の比較検討を行った．

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ポアズイユ乱流において，レイノルズ数を減少させていくと，乱流構造が間欠的になり，摩擦の大きい乱流領域と小さい擬層流領域が現れる．この構造は熱や運動量の輸送に大きな影響を与える．しかし，その発生メカニズムや維持機構など未知な部分が多い．本研究では，ポアズイユ乱流のレイノルズ数を100から60まで段階的に低下させた．この場合に発生する間欠構造を乱流領域と擬層流領域に分割し，それぞれの領域で縦渦やストリークなどの準秩序構造について議論する．

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都市環境における，ヒートアイランド現象や大気汚染などの環境問題を，工学的に予測し対策を検討するため，都市スケールで生ずる熱輸送現象の素過程を抽出し実験的に調べる必要がある．本研究では，２次元丘模型周りに局所的な高温部分を形成し，はく離域における速度と温度の関連を調べた．その結果，はく離泡およびその周辺では高温となり，温度境界層外縁では温度乱れが第2ピークを示した．一方，はく離域内の逆流域では速度と温度の相関係数は低下することが明らかとなった．

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壁面を加熱した二次元真直流路内発達乱流を同じ加熱条件による 曲がり流路に導く場合を取り上げ、 直接シミュレーションによって大規模縦渦と熱輸送の空間的な発展様式を調査した。 真直部の摩擦レイノルズ数を１５０、プラントル数を０．７１とした。 計算領域のスパン方向幅は、流路半幅δを基準として７．２δとり、 最大計算角を１５０°とした。 大規模渦の成長に伴って低速ストリークならびに微細縦渦が外壁からの イジェクション位置に集中すること、 大規模渦が熱輸送に対して支配的な効果を与えることを見出した。

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一般に運動量と熱移動量には相似関係がある。すなわち伝熱促進を計るときには、同時に流動抵抗も増大する。これに対して特殊な乱れ場において非相似性が発現する可能性が示唆されている。しかしその報告は少なく，定量的評価については未だ不明である。本研究は乱れ特性に対しての伝熱特性を調べ，流動と伝熱の非相似性が発現されるのかを明確にすることを目的とした．その第1ステップとして主流で動く振動片を用いることで4パターンの乱れ場構築について述べる。

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乱流境界層中に，前方ステップがある熱流動場の直接数値シミュレーションを行った．本研究における乱流境界層は，都市環境における流れ場を想定している．そこでは前方ステップのように，地表面が突然隆起している場が多く見られるため，ここにおける乱流伝熱場の特性を調査することは，都市環境における輸送現象を把握するために必要である．本研究では，前方ステップを有する乱流境界層における乱流基本統計量を算出すると共に，ステップの影響による輸送，乱流拡散現象の詳細を調べた．

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Lundら，Kongらの準周期境界条件を適用し，強制対流における温度場乱流境界層の直接数値シミュレーション(DNS)を行った．入口の運動量厚さと主流速度で定義されるレイノルズ数で290，プラントル数は0.71，2の範囲で計算を行った． 解像度を上げることにより高解像度の統計量を算出した．各種統計量のプラントル数依存性や，外層における瞬時場の温度変動構造を示す．境界層付近では温度変動が間欠的に現れる．この領域には，主流が右から左に流れるとき，時計回りの渦が存在することが分かった．

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温度成層を伴う乱流境界層について，高精度差分法による直接数値シミュレーションを行った．浮力の影響が違う様々な温度成層乱流境界層の基本統計量の算出はもとより，この熱流動場における得意な乱流熱伝達組織構造解析を行った．そこでは，レイノルズ応力，乱流熱流束を４象限分類法により解析を行い，これらへの乱流運動の寄与を調べた．また，ユニークな熱流動軌跡解析法により，４象限分類法では明らかとならない詳細な乱流運動について調べた．

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ロケットノズル内には超高温の燃焼ガスが流れるため，スロート部で熱負荷が大きくなる．本研究では衝撃風洞内に2次元ノズルを設置し，高速応答熱流束ゲージを用いてスロート付近における熱流束の計測を行なった．その結果，スロート前方で熱流束が最も高くなることがわかった．これはスロート部で最大の熱流束を与えるBartzの式と異なるため，圧縮性乱流モデルを用いた2次元の非定常計算を行い，そのメカニズムを検討した．

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