固体粒子浮遊による傾斜サーマルのシミュレーション手法の確立

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07650592
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 福嶋 祐介 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (40111661)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 早川 典生 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (70143815)
• Keywords: 雪崩 / 煙型雪崩 / 火砕流 / シミュレーション / 傾斜サーマル / 固・気混相流

Research Abstract

本研究では、粉雪雪崩と火砕流が互いに類似の点を多くもつことに着目し、これらを統一的に表現するモデルの開発を行うことを目的とする。このため、粉雪雪崩と火砕流が共に固体粒子を浮遊する傾斜サーマルであるとの認識に立ち、これらの流れの流動機構の類似点と相違点を明確にしたうえで、流体力学的な基礎に基づいてこれらの流動をシミュレーションできるモデルの開発を行った。
固体粒子を浮遊する傾斜サーマルのシミュレーション手法のための基礎データを得る目的で、塩水及び硫酸バリウム混合水を用いた傾斜サーマルの室内実験を行う。実験条件として、斜面の傾斜角、塩水の初期濃度を変化させて実験を行った。主な測定項目は、フロントの移動速度、フロントの最大高さ、塩分濃度分布、流速分布、サーマルの形状などである。これらの実験データは固体粒子を浮遊する傾斜サーマルの理論を構成するために用いることとした。
ここで提案した傾斜サーマルのモデルは解析の便宜をはかるため、多くの関係式を構成方程式として組み入れる必要がある。特に、浮遊サーマルに特有の関係式として、傾斜角によるサーマルの形状の変化、固体粒子の連行係数、周囲空気の連行係数などが必要である。そこでこれらを合理的にモデル中で表現するため、文献調査を行うとともに室内実験に成果を取り入れた。
得られた固体粒子浮遊流動モデルにより数値計算を行い、硫酸バリウムを用いた室内実験、現地での粉雪雪崩の測定結果と比較した。室内実験との比較では硫酸バリウム粒子の沈降特性に注目し、雪崩の減速域での流動特性をモデルで再現できた。また、現地実験との比較によって、雪崩の到達距離を再現することができた。

Research Products

• [Publications] 早川典生ほか: "ガゼックスにより誘発された雪崩の数値解析" 雪氷北信越 日本雪氷学会北信越支部. 14. 49 (1995)
• [Publications] 山口武俊: "傾斜壁面プリュームとサーマルの流動機構に関する研究" 土木学会第50回年次学術講演会講演概要集. 50-II. 530-531 (1995)
• [Publications] Fukushima,Y and Hayakawa,N.: "Dynamics of Three-Dimensional Inclined Thermal" J.Hydraulic Engineering ASCE. 121-8. 600-607 (1995)
• [Publications] Hayakawa,N.and Fukushima,Y.: "Dynamics of conservative and non-conservative two-dimensional density front" Proc.26th IAHR. 2. 40-45 (1995)
• [Publications] 早川典生ほか: "人工雪崩装置ガセックスの有効性と雪崩流の解析" 第13回土木学会新潟会研究調査発表会論文集. 13. 159-164 (1995)
• [Publications] 福嶋祐介ほか: "粉雪雪崩の模擬実験-保存性及び非保存性傾斜サーマルの流動特性" 長岡技術科学大学研究報告. 17. 67-74 (1995)