水域の密度成層化現象への高次応力モデルの適用に関する研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07650599
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 細田 尚 京都大学, 工学研究科, 助教授 (10165558)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木村 一郎 和歌山高等工業専門学校, 環境都市工学科, 助手 (60225026) ; 長田 信寿 京都大学, 工学研究科, 助手 (50273462) ; 井上 和也 京都大学, 防災研究所, 教授 (50026126) ; 村本 嘉雄 京都大学, 工学研究科, 教授 (50027223)
• Keywords: 密度成層流 / 乱流モデル / 数値シミュレーション / k-εモデル

Research Abstract

平成8年度は、主に、物質客観性の原理に基づいた高次乱流モデルとして渦動粘性係数の評価にストレイン・パラメータを考慮した非線形k-εモデルを考え、その基本的特性、すなわちせん断不安定に起因する渦運動現象および交換密度流と内部波現象へのモデルの適用可能性について検討した。まず、せん断不安定現象として開水路横流入部の流れと複断面流れを取り上げ、k-εモデルを用いた数値解析を行なった。前者は平面2次元モデルを用い、後者は3次元解析を行った。その結果、標準型k-εモデルではせん断不安定に起因する渦運動を再現できないこと、標準型k-εモデルにストレイン・パラメータを考慮すれば定性的には渦運動が再現できることを明らかにした。しかし、このモデルでは断面内2次流を再現できず、非線形k-εモデルを用いる必要性があることが明らかになった。
つぎに、同様のモデルに密度成層の効果を考慮したモデルを交換密度流現象に適用し内部波への適用性を検討したところ、上記とほぼ同様の結果が得られたが、内部波に関しては実験結果を十分に再現できず、前年度に行ったN・S方程式の解析結果の再検討を含めた詳細な検討の必要性が指摘された。
さらに、実水域の密度流現象として、成層化した湖沼の斜面における巻き上げ濁度の貫入現象を取り上げた。琵琶湖における観測結果の考察から、成層内部または直上に濁水が貫入していることを検証するとともに、水理実験によりその機構を明らかにした。

Research Products

• [Publications] 木村一郎: "開水路横流入部における渦運動の数値シミュレーション" 水工学論文集. 41. 717-722 (1997)
• [Publications] Hosoda,T.: "Vorter formation processes in Open channel flows with a side diehayo" Proc.1st JSPS-NUS Seminar on Integrated Eng.11-19 (1996)
• [Publications] 福住 晃: "k-εモデルを用いた交換密度流の数値解析的研究" 平成8年度関西支部年次学術講演会講演概要. II-61-1-II-61-2 (1996)