乱流場の三次元瞬間像の計測解析装置の開発と実河川流への適用

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03555114
• Research Institution: CHUO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 日野 幹雄 中央大学, 総合政策学部, 教授 (30016323)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 神田 信之 (株)東京計測, 技術部, 部長 ; 山本 晃一 建設省, 土木研究所・河川研究室, 室長
• Keywords: 洪水時乱流大規模構造 / 秩序構造 / 三次元瞬間乱流構造 / 流れ場の逆推定 / MASCON法 / 仮想荷重法 / ボイル / 多点二成分電磁流速計

Research Abstract

1 目的:河川における土砂や汚染物質の輸送や拡散あるいは河岸・河床の洗掘の解明には,乱れの三次元的大規模構造の作用を把握することが重要である。従来の研究はほとんど実験室規模の小スケール,低レイノルズ数域で,統計的平均像に関して行われて来た。本研究は,乱れの実態解明のための計測機器・計測法の開発,疎らな点での計測データから乱れの瞬間的三次元構造の解析法の確立,実河川への適用を目的としている。
本年度は、最終年度になるので,これまでに得られたデータの解析,その図式表示(AVSシステムによる三次元的図化),解析ソフトの整備を心掛ける。また,本研究の流速場の三次元瞬間像の逆推定法を,土砂濃度場の三次元瞬間像の推定法に拡張することを試みる。
2 方法:(1)計測法の開発:電磁流速計の機能を拡張した二成分(x,z軸方向)四点同時計測可能な装置二台(一台は土木研究所)により,涸沼川で実測を行った。土砂濃度計により洪水時の土砂濃度の時空変化を計測する。
(2)三次元流速場・土砂濃度場の逆推定法:上記の試作電磁流速計による流れの横断面内の8点の同時連続流速時系列をTaylorの凍結乱流仮説により(x,y,z)場に変換し,これを仮想荷重法およびMASCON法により連続の方程式を満たすように修正する。さらに,この方法を土砂濃度の瞬間分布の推定に拡張する。
3 結果:(1)茨城県涸沼川において,1991年と1992年の二回にわたって行った洪水時のピーク流量時の現地観測を用い,三次元図化装置AVSシステムにより実スケール高レイノルズ数の洪水ピーク時の河川乱流の瞬間像として,流下方向の強い渦・ボイルと呼ばれる激しい上昇流の存在などを明らかにした。
(2)濁度の瞬間三次元分布の計測については,疎らな濃度計測点からの濃度場全体の逆推定の解析方法を提出し,シミュレーション・データにより,その妥当性について予備的検討を行った。

Research Products

• [Publications] 日野幹雄: "多点同時計測システムによる実河川洪水流中の3次元大規模乱流構造の測定(2)" 水工学論文集. 37巻. 787-792 (1993)
• [Publications] Hino,M.: "Reconstruction of a quasi-instantaneous image of coherent structures from a multi-point simultaneous measurement system." Fluid Dynamics Research. vol.11. 245-261 (1993)
• [Publications] Hino,M.: "Strong turbulence observed in flood flows" Proc.25th Congress of IAHR. vol.A. 161-168 (1993)