自然エネルギーを利用した湧昇流発生に関する基礎的研究

• Project/Area Number: 16656272
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Naval and maritime engineering
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 高木 幹雄 広島大学, 大学院工学研究科, 教授 (00038556)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 土井 康明 広島大学, 大学院工学研究科, 教授 (10134454) ; 作野 裕司 広島大学, 大学院工学研究科, 助手 (20332801)
• Project Period (FY): 2004 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2005: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2004: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
• Keywords: 閉鎖性海域 / 成層化 / 鉛直循環 / 太陽熱エネルギー / 湧昇流

Research Abstract

閉鎖性海域における夏期の成層化による貧酸素化や水質汚濁を改善するには、停滞水域の底層に湧昇流を誘起し、停滞水塊を払拭するための上下層混合ができる鉛直循環流の促進が必要である。この鉛直循環流の促進方法として、自然エネルギーである太陽熱エネルギー利用の可能性を水槽実験ならびに数値計算により検討した。
水面上で吸収できる太陽熱エネルギーを水域底層において放熱するとして、底層の水塊を暖めることにより湧昇流を誘起させ、鉛直循環を促進する可能性について模型水槽で検証を行った。放熱体より下層の水塊を循環させるために仕切り壁を設置し、その効果を流れの可視化ならびにPIV解析による定量評価により明らかにし、仕切り壁の設置により水塊取り込み位置が制御できることを示すとともに、仕切り壁の位置と流量の関係を明らかにした。実験は2次元水槽で行ったものであるので、3次元影響を調べる目的でHSMAC法による数値計算を行い、循環の範囲については、ほぼ同様な結果が得られることを示した。さらに、成層化している状態においても、放熱体より下層の水塊を循環させることが可能であり、仕切り壁を設けることによりその効果はより高くなることを示した。また、放熱体温度による循環への影響を調べたところ、放熱体温度が高くなりすぎると、湧昇流が底層まで循環しなくなることを示した。
模型実験結果を元に、水深15m程度の閉鎖性海域を想定した流量は、熱源に相当する電力による既存ポンプの流量と同程度であることがわかった。熱源として太陽熱エネルギーを用いることにより、低コストで環境負荷が少ない海水循環法として、その開発が期待できる。