| Project/Area Number |
19K21937
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 19:Fluid engineering, thermal engineering, and related fields
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
KOMORI SATORU 同志社大学, 研究開発推進機構, 嘱託研究員 (60127082)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高垣 直尚 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (00554221)
松田 景吾 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(地球情報基盤センター), 研究員 (50633880)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
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| Keywords | 風波気液界面 / 乱流混合 / 気液二相流 / 縦渦 / 表面張力 / 風波乱流 / 大気海洋相互作用 / 表面活性剤 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、数値計算と室内実験を行うことにより、界面活性剤等が風波に如何なる影響を及ぼすのか、風波が界面活性剤等の影響を受ける領域と受けない領域との境界面に組織的な乱流渦が形成されるのかどうか、形成される場合にはその組織的乱流渦が風波界面下の混合を如何に促進させるのか、を明らかにすることを試みる。また、これらの結果から、界面活性剤による消波は乱流混合を弱めるとの思い込みを覆す逆転の発想に基づき、自然分解性の界面活性剤などを利用して風波を部分的に制御することにより海洋や湖沼の表層水を混合攪拌する方法を検討し、海洋表層の赤潮や貧酸素化を防止する技術を提案することをめざす。
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| Outline of Final Research Achievements |
Direct numerical simulation was applied to controlled wind waves in which decelerated wind waves and undecelerated wind waves were alternately arranged at regular intervals in the spanwise direction. The predictions show that when the ratio of the width of the decelerated wave region to one interval is about 1/8, longitudinal vortices larger than those observed in pure wind waves without the decelerated region are generated below the air-water interface and fluid mixing is more promoted. In addition, the effects of surface tension on pure wind waves were investigated using the same direct numerical simulation. The predicted wave spectra show that surface tension reduction is not useful for promoting turbulent mixing below the interface. These results suggest that it is a promising technique for preventing red tide and oxygen depletion in the ocean surface to decelerate the surface current by means of zonal meshes like mesh fabric.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
風波に減速領域と減速しない領域を風向きに直交するスパン方向に交互に設定することにより風波気液界面下に縦渦を発生させることができ、その結果、通常の風波の場合よりも混合を促進できることを直接数値計算法を用いて明らかにした。また、表面張力を下げた場合には、表面張力波と有義波のエネルギー輸送の観点から乱流が抑制されることを見出した。これらの学術的成果から、格子や網等を用いて人為的に風波を部分的に減速すれば、海洋表層の混合を促進させ沿岸域や湖沼での赤潮や貧酸素化などの水質汚染を防止できる可能性を示すに至った。
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