1994 Fiscal Year Annual Research Report
二重拡散重力流のダイナミックスの解明と数値予測モデルの開発
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05455018
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| Research Institution | KYUSHU UNIVERSITY |
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Principal Investigator |
植田 洋匡 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (70026186)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
花崎 秀史 国立環境研究所, 大気物理研究室, 主任研究員 (60189579)
烏谷 隆 九州大学, 応用力学研究所, 助手 (30150527)
辰野 正和 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (70038553)
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| Keywords | 重力流 / ケルビン-ヘルツホルム不安定 / 前線 / 火砕流 / ヘビーガス / 成層風洞 / 成層乱流 / カットオフ渦 |
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| Research Abstract |
目的
本研究では、熱及び物質の移動が共存し、それらがともに浮力効果を持つような重力流(二重拡散重力流と呼ぶ)を対象に、そのダイナミックスの解明と数値予測モデルの開発を行う。液化天然ガス(LNG)の流出、火砕流、前線性豪雨(雪)などがその例である。いま、空気より分子量の小さいLNGが低温のため高密度になっている重力流を考えると、周囲大気との混合領域では温度が上昇して密度の極小部が形成され局所的に上向きの浮力が働く。混合がさらに進むと、重力流の先端部が全体として上昇プルームになって上空に拡散していく。
本研究では、二重拡散重力流についてK-H不安定などの不安定現象を調べる。この場合、周囲流体の巻き込み(混合)が局所的な浮力を生むため、不安定の発生条件、混合機構に変化の生じることが予測される。つぎに、流れの不安定で生まれる渦が重力流の内部構造、ダイナミックスにもたらす変化を明らかにする。
経過と成果
重力流内のK-H不安定とそれに伴う内部構造、ダイナミックスの変化:
重力流ヘッドの先端部でR_i数が臨界値0.25に達する位置でK-H不安定が発生する。K-H渦は次々に生成されて発達しながら重力流の上面(ゼロ流速面)に沿って重力流後方に流下していく。このとき、K-H渦による周囲流体の巻き込みにより"混合領域"が形成されるが、二重拡散重力流の場合流体の密度が周囲流体よりも小さい部分(密度の極小部分)が形成されて小規模な熱対流が発生し、混合を促進するが、逆にK-H渦の発達を抑制する。この混合領域は重力流の内部構造を大きく変化させる。また、重力流上面でのドラッグを生むため重力流の進行を遅らせる働きをする。
重力流から上昇ブルームへの変化:
重力流ヘッドは随伴流から独立した渦構造を形成するが、その前面での周囲流体の取り込みに伴って浮力を増し、次々と随伴流から分離して上昇する。周囲流体の取り込みは、ヘッドに対向する周囲流体の流速、安定度に大きく依存する。
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[Publications] Ueda,H.: "Effects of ocean stratification on the uptaka of greenhouse gases" Proc.of the Int.Symp.on Glocal Cycles of Atmos.Greenhouse Gases. 288-292 (1994)
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[Publications] 植田洋匡: "中部山岳地域河川上流域における河川・湖沼のpHの経年的低下と酸性雨との関係について" 大気汚染学会誌. 28. 308-315 (1993)
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[Publications] Ueda,H.: "Long range transport of pollutants in Eastern Asia" Proc.Int.Conf.on Regional Environment and Climate Changes in East Asia. 11-16 (1993)
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[Publications] 辰野正和: "一様流中における等距離配置3円柱の相互干渉" ながれ. 14-1. 25-33 (1994)
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[Publications] Karasudani,T.: "Breakdown and rearrangementa of the Karman vortex street in the far wake of a cylinder" Fluid Dynamic Research. 14. 331-352 (1994)
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[Publications] Hanazaki,H.: "On the three-dimensional internal waves excited by topography in the flow of a stratified fluid" J.Fluid Mech.263. 293-318 (1994)
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[Publications] 植田洋匡: "大気境界層と大気拡散" 日本伝熱学会, 19 (1993)
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[Publications] 植田洋匡: "酸性雨(「次世代技術と熱」-地球環境、エレクトロニクス、生体、エネルギー)" 技法堂出版、日本機械学会編, 8 (1993)
