微細砂を高濃度に含む流れの構造に関する研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06650562
• Research Institution: RITSUMEIKAN UNIVERSITY
• Principal Investigator: 江頭 進治 立命館大学, 理工学部, 教授 (00027286)
• Keywords: 固液混相流 / 土石流 / 泥流 / 浮遊砂粒 / 構成則

Research Abstract

本研究を推進するに当たり、次の二つの課題を設けた。(1)エネルギー散逸に及ぼす砂粒子の濃度、粒径、粒子摩擦係数の影響、(2)エネルギー散逸関数のモデル化と構成則・抵抗則の確立。これらの課題は理論および実験の両面から推進し、次のような成果が得られている。
(1)平衡河床勾配に対する粒子系の影響は顕著であり、同一濃度の条件の下では、粒子径が小さいほど勾配は小さくなる。これは、粒子径が小さくなると、流れの上層にクーロン的な摩擦力の働かない乱流層が形成されるためである。
(2)局所平均流速分布の構造においても上述のことが裏付けられた。すなわち、河床面近傍においては粒子が層流的な運動をする領域が形成されるが、上層には乱流層が形成される。下層の層流域は粒子径が大きいほど厚くなる。
(3)平均河床勾配および流速分布に関する結果に基づいて、二層モデルを提案した。これは、下層には粗い粒子を対象として導かれた土石流の構成則を適用し、上層の流れには対数型の流速分布を適用するものである。このモデルに従って、平衡河床勾配と砂粒子濃度との関係を記述する式や流速分布式を導いた。
(4)平衡河床勾配およびに流速分布の推定式は、定性的には水路実験の結果を説明するものの、かなり不合理な面も見られた。その原因が応力構造にあるのか、用いた流速分布の条件にあるのかを明らかにする必要がある。
本研究が対象としている現象は、流速場と濃度場を同時に議論しない限り問題は閉じない。これを進展させるためには、粒子接触に伴う圧力の構造を明らかにすることが重要である。

Research Products

• [Publications] 芦田和男 他: "固液混相流における支配方程式の構造について" 水工学論文集、土木学会. 38巻. 563-570 (1994)
• [Publications] 江頭進治 他: "砂粒子を高濃度に含む流れに及ぼす影響" 京都大学防災研究所年報. 37号B-2. 359-369 (1994)
• [Publications] 芦田和男 他: "固液混相流における支配方程式とその適用性" 水工学論文集、土木学会. 39巻. 537-548 (1995)