開水路非定常流れの組織乱流構造とその土砂輸送機構の解明

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455230
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 禰津 家久 京都大学, 工学研究科, 教授 (30109029)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鬼束 幸樹 京都大学, 工学研究科, 助手 (20293904) ; 富永 晃宏 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (60135530)
• Keywords: 非定常流れ / 開水路乱流 / 組織渦 / 剥離渦 / コルク・ボイル渦 / レーザー流速計 / 時空間相関計測 / 条件付サンプリク手法

Research Abstract

本研究では,実河川に発生し,河床形状との関係が大きいと考えられる大規模組織渦に着目し,河床波背後に発生する剥離渦および再付着点からのコルク・ボイル渦を対象とした.実河川のdune 形状を考慮した河床形状を作成することにより可視化実験,点計測実験および時空間相関実験を行い,組織渦の発生機構について総合的に考察した.まず,河床形状のみの影響を考慮するため,定常流に関する実験を行い,条件付き時空間相関解析の判条件設定のための基礎データベースを得た.ここで得られた情報から同一の河床形状上に非定常流れを発生させ,同様な乱流計測を行った.この結果,実河川や大型水路実験で得られているボイル渦の発生と浮遊砂輸送の増水期・減水期の相違が,これまでの一連の研究で得られた空間的加速・減速効於および非定常効果を考慮することによって,これまでの流れ構造のみの考察で,ある程度まで説明できることが分かった.また,水路横断方向を含めた三次元空間内の時空間相関構造を考察することにより,低速流体・高速流体の並ぶ縞構造が確認され,点計測で得られた増水期・減水期間の乱れの相違や再付着点距離の変化特性を対応させることによって,剥離渦,コルク,ボイル渦それぞれの発生形態をモデル化した.ここで論じた流れの境界形状や非定常性による「空間的非一様性」は,自然界の流れあるいは人為的要因の加わった流れといった様々な場所において存在する.このことから,本論文での一連の研究によって得られた成果は,こうした流れの構造を考える上で有益な基礎情報を提供するものと考えられる.

Research Products

• [Publications] 禰津家久: "正弦波床上非平衝開水路流れの乱流構造に関する実験的研究" 土木学会論文集. 58号. 103-112 (1997)
• [Publications] 禰津家久: "河床波上の非定常開水路流れの発生する組織渦の可視化実験" 水工学論文集. 41巻. 663-668 (1997)
• [Publications] 禰津家久: "開水路河床波上の乱流構造に関する数値シミュレーション" 水工学論文集. 41巻. 669-674 (1997)
• [Publications] Nezu,Iehisa: "Space-time correlation structures of horizontal coherent vortices in compound open-channel flows by using particcle-tracking velocimetry" Journal of Hydraulic Research,IAHR,. Vol35. 191-208 (1997)
• [Publications] Nezu,Iehisa: "Relationship between turbulent structure near the free-surface and surface-wave fluctuations" Proc.27-th IAHR Congress,San Francisco,. vol1. 245-250 (1997)
• [Publications] Nezu,Iehisa: "Turbulent structure in unsteady depth-varying open-channel flows" Journal of Hydraulic Engineering,ASCE. vol123. 752-763 (1997)