図1（a）平板流路　　　

図1（b）振動変形流路　

図2（a）平板流路　　　　

　図2（b）振動変形流路　

　我々の周囲で起こる流れの大半は乱流である。乱流中では，流体運動の乱れによって， 例えば，流体抵抗は増大し，熱や物質の混合は促進される。従って，工学，環境分野での重要性は高く，航空機などの高速輸送機器の設計，製造プロセスにおける高品質製品の安定確保，住・都市環境のアセスメントなどには，乱流の数値予測技術が不可欠であり，一方乱流現象を制御して新しい技術を創成することも極めて重要である。

　物体の表面に沿って流れる乱流，すなわち壁乱流では，その摩擦抵抗や熱伝達を自在に制御することが夢である。そのような基礎研究の歴史は既に長いが，最近では，高度な知的制御を目指した先端的研究が注目されている。そこでは，自由度の大きい非線形系の制御アルゴリズムの開発と，微細なスケールの乱流の制御を可能とするハードウエア，即ちマイクロマシン技術の開発・応用が検討されている。

　本研究では，壁面変形アクチュエータによる壁乱流のフィードバック制御則を構築する前段階として，単純な壁面変形モードによって平行な平板の間を流れる乱流にどのような力学的変化が現れるかを，非圧縮性粘性流体の運動方程式に基づく直接数値シミュレーションによって検討した。乱流中にはその力学機構を支配する準秩序的な構造が存在することが知られており，これらに対する詳細な観察が重視された。

　壁面変形モードとして，壁面近傍の主たる準秩序構造である縦渦と低速ストリークに作用することを意図して，流れ方向には一様，流れ横断方向と時間に対して正弦振動を仮定した。ここでは，縦渦構造の回転周期相当の時間周期T+=100，縦渦径よりやや大きい横断方向波長s+=45，粘性底層の厚さ相当の振幅a+=5を与えた場合を紹介する。ここで，数値は全て壁面摩擦と動粘性係数に基づく無次元数である。

　図1は，ある時刻での，低圧領域（白等値面，縦渦構造に対応）と壁面剪断応力分布（青〜赤：低〜高剪断領域）を，壁面振動変形がない場合とある場合で比較したものである。壁面変形によって，縦渦構造と壁面剪断応力の高い領域の生成頻度が顕著に増加し，一方それらのスケールは減少する様子が観察できる。このとき，変形壁面の山部で高剪断領域が，谷部で低剪断領域が形成されている。

　図2には，低圧領域に加えて，高速（赤等値面）および低速ストリーク（青等値面）を可視化した。壁面摩擦は長周期の変動を呈することが明らかになったが，変形壁上では，壁面摩擦増大時に，高速ストリークの生成頻度が増加し，一方低速ストリークが不安定化し分裂することが示された。逆に，壁面摩擦減少時には，高速ストリークの生成が抑制され，低速ストリークが流れ方向に安定に発達することが観察された。これらの動画化によって，壁面変形モードによって生じる種々の乱流構造の変化を観察することができた。

　数値シミュレーションはCRAY Research Inc.製CS6400 で行った。計算結果の可視化には，SGI製 IRIS Crimson，AVS及びAVS-FLOW を用いた。録画には，シリコンイメージギア製SIG1000とソニー製 SVO-5800を使用した。なお，動画を作成するのに要した総データ容量は，約3GBであった。

◆審査講評◆
乱流制御という新しい工学の大問題に対し，可視化をもって重要な基礎的知見を与え得ることを実証することに成功している作品。学生中心の仕事ながら，モデル化，数値計算，そして可視化と，どのステップをとっても手を抜くことなく取り組んでおり，総合的なレベルの高さを実感させる好作品に仕上がっている。