流体・粒子相互作用系としての波動場土砂移動の解析

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455225
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 澤本 正樹 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90016519)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 後藤 仁志 京都大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40243068) ; 泉 典洋 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10260530) ; 田中 仁 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30171755)
• Keywords: 土砂移動 / シートフロー状砂移動 / 波動境界層 / 水路形成 / 粒状体

Research Abstract

波動場でのシートフロー状土砂移動を意識しつつ,土砂移動の基本的な事項について,理論,実験,計算の3面から4研究者で分担して検討を行った.
研究代表者澤本は,本年度は土砂の集合流動の実験を空中と水中の2つの場合について実施した.これにより粒子の衝突の卓越する層から摩擦が無視しえない層までのせん断力の発生状況を観察するとともに,その表現式を提案し,かつその妥当性を実験との比較で確認した.
分担者田中は,不規則波の底面境界層の乱流構造についてスペクトル解析を用いて理論的に計算を行った.乱流抵抗則に関して従来の検討より進んだ結果を与えることに成功した.結果はk-ε乱流モデルともよい一致を示し,実用に供することが可能であることを明らかにした.
分担者泉は,土砂輸送と移動床の相互作用を不安定理論の観点から検討した.斜面端での流れの集中を線形安定理論で定式化し,それによりガリ発生間隔を理論的に表現できることを明らかにした.
分担者後藤は,土砂移動の中の粒状体としての性質が流砂過程に及ぼす影響を,2つの側面から検討した.1つ目では移動床とsaltation粒子との衝突過程を物理実験から明らかにした.これの成果は数値シミュレーションの中で生かされることとなる.2つ目は数値解析である.粒子をラグランジェ的に追跡計算することにより,掃流,浮遊,シートフローの3形態の共存過程を明らかにした.
以上より,波動場での土砂移動に関しての基本的な事項一定の進歩を与えることができた.

Research Products

• [Publications] 田中 仁: "波動境界層の準定常性に関する理論及び実験" 土木学会論文集. 593/II-43. 155-164 (1998)
• [Publications] 田中 仁: "クノイド波動下における層流底面境界層の解析解とその実験的検証" 土木学会論文集. 572/II-40. 85-90 (1997)
• [Publications] 泉 典洋: "水路群発生の線形安定論" 土木学会論文集. 614/II-46(印刷中). (1999)
• [Publications] 泉 典洋: "簡単なモデルを用いた水路群発生の理論" 水工学論文集. 42. 1105-1110 (1998)
• [Publications] 後藤仁志: "移動床におけるsaltation粒子の反発機構に関する基礎的実験" 水工学論文集. 42. 1051-1056 (1998)
• [Publications] 後藤仁志: "河床構成粒子群との相互作用を考慮した流砂の流動過程の数値解析" 水工学論文集. 41. 819-824 (1997)