カウンタ-グラディエント拡散の起きている成層乱流場の中のパッシブスカラ-の拡散

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01550752
• Research Institution: National Institute for Environmental Studies
• Principal Investigator: 植田 洋匡 国立公害研究所, 大気環境部, 室長 (70026186)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 花崎 秀史 国立公害研究所, 大気環境部, 研究員 (60189579) ; 鵜野 伊津志 国立公害研究所, 大気環境部, 研究員 (70142099) ; 宮嵜 武 国立公害研究所, 大気環境部, 研究員 (50142097) ; 小森 悟 九州大学, 工学部, 助教授 (60127082)
• Keywords: 乱流拡散 / 成層流 / 安定成層 / カウンタ-グラディエント拡散 / アクティブスカラ- / パッシブスカラ- / 乱流理論 / クロ-ジャ-問題

Research Abstract

〔目的〕温度成層乱流中では、温度(アクティブスカラ-)の変動が浮力を諾起して乱流構造および拡散機構を大きく変化させ、極端に強い安定成層乱流中には温度勾配に逆らった方向への熱の拡散(カウンタ-グラディエント拡散)が起きる。本研究は、このような乱流場に、汚染物質(パッシブスカラ-)を放出した場合の温度(アクティブスカラ-)と物質(パッシブスカラ-)の乱流拡散機構の相違を明らかにすることを目的とする。
〔実験〕本年度は、大型拡散風洞内に温度成層が一様な格子乱流を形成させ、熱のカウンタ-グラディエント拡散する安定成層乱流場を得た。このような温度成層流について、速度、温度変動場の構造とそれらの流下方向の変化を追跡した。
〔理論〕乱流モデルとして、乱流エネルギ-および乱流エネルギ-消散速度、温度変動強度およびそのディストラクション速度に対する4つの偏微分方程式と、運動量、熱の乱流フラックス方程式の局所平衡仮定から得られる代数方程式からなる、アルジェブライック・ストレスモデルを構築した。モデルの妥当生を確かめるため、まず、安定、不安定成層状態の乱流境界相流れ場をシミュレ-トし、このモデルがよく従来の実験結果をよく説明できることを示した。つぎに、強い安定成層場で起こる熱のカウンタ-グラディシエント拡散を説明できることを確認し、さらに、速度、温度変動場の構造とそれらの流下方向の変化に関する上記実験結果を説明できることを示した。

Research Products

• [Publications] 植田洋匡: "大気の変化と酸性雨" 科学. 59. 610-619 (1989)
• [Publications] Satoru Komori: "Detection of coherent structures associated with bursting events in an openーchannel flow by a twoーpoint measuring technique using two laserーDoppler velocimeters." Physics Fluids A. 1. 339-348 (1989)
• [Publications] Satoru Komori: "Simultaneous measurements of instantaneous concentrations of two species being mixed in a turbulent flow by using a combined laserinduced fluorescence and laserーscattering technique." Physics Fluids A. 1. 349-352 (1989)
• [Publications] Y.S.Chang: "The transport and formation of photochemical oxidants in central Japan." Atmospheric Environment. 23. 363-393 (1989)
• [Publications] Satoru Komori: "Relationship between surface renewal and bursting motions in an openーchannel flow." Journal of Fluid Mechanics. 203. 103-124 (1989)
• [Publications] Hiromasa Ueda: "Nitrogenーdiowide pollution in the winter urban area and emission reduction strategy ーNumerical experimentー" Man and His Ecosystem. 3. 395-400 (1989)
• [Publications] Y.S.Chang: "The transport and formation of sulfates and nitrates in central Japan." Atmospheric Environment. 23. 1749-1773 (1989)
• [Publications] S.Wakamatsu: "Observarional study of stratospheric ozone intrusions into the lower troposphere." Atomspheric Environment. 23. 1815-1826 (1989)
• [Publications] G.R.Carmichael: "Source reduction strategies associated with long range transport of pollutants in central Japan." Man and His Ecosystem. 3. 406-411 (1989)
• [Publications] 薩摩林光: "大気汚染物質長距離輸送時のジカルボン酸の挙動" 大気汚染学会誌. 24. 264-269 (1989)
• [Publications] Itsushi Uno: "Numerical modeling of the nocturnal urban boundary layer" BoundaryーLayer Neteorology. 49. 77-98 (1990)
• [Publications] Hidemi Kurita: "Combination of local wind systems under light gradient wind conditions and its contribution to the longーrange transport of air pollution." J.Appl.Meteorology. 28. (1990)
• [Publications] 植田洋匡: "酸性雨のシミュレ-ション" シミュレ-ション. 8. 20-26 (1989)
• [Publications] 植田洋匡: "浮遊粒子状物質中の二次粒子の生成とその大気中での挙動" 公害と対策. 26. 157-162 (1990)
• [Publications] 植田洋匡: "地球規模の大気汚染" 土木学会誌. 75. 71-74 (1990)
• [Publications] 鵜野伊津志: "夜間の都市域のおけるNO_2の高濃度発現メカニズム" 大気汚染学会誌. 24. 130-143 (1989)
• [Publications] Hikaru Satsumabayashi: "Monoーand diーcarboxylic acids under longーrange transport of air pollutants in central Japan." Tellus. 41B. 219-229 (1989)
• [Publications] 神吉達夫: "平板に接触した成長気泡周辺の流体の流れ" 化学工学論文集. 15. 824-831 (1989)
• [Publications] Toshihiro KITADA: "Pollutant dispersion and land/sea breeze circulations.In Encyclopedia of Environmental Control,Vol.2,pp.583ー630" Gulf Publishing Co.,Cambridge, 1066 (1989)
• [Publications] Hidemi KURITA: "Longーrange transport of air pollutants under light gradient wind conditions ーーCombination of thermallyーdriven local windsーー In Encyclopedia of Environmental Control,Vol.3,in press" Gulf Publishing Co.,Cambridge, 1066 (1990)