| Research Abstract |
本研究は2年計画のまとめの年度であり,大型乱流風洞装置による風洞実験及び流れの数値シミュレーションに関する二つの手法による研究のまとめが行われた.
1.大型乱流風洞による森林キャノピーまわりの乱れ構造の計則:大気境界層内の自然風により一層近づけた流れとして,最大20%程度の大きな乱れを含む直線型せん断流(以下,強乱流れと記す)を乱流風洞内に生成した.この強乱流れの中にキャノピー模型が置かれているとき,流れ場の三次元速度変動が計則され,模型下流域での乱れ度,レイノルズ応力などの乱流特性量が求められた.特に,乱流特性量の分布と乱れの少ない直線型せん断流(以下,低乱流れと記す)中の分布との相違点について検討された.実験により得られた主な結果は,以下である.
(1)森林キャノピーの樹高の2.5倍より下流域においては,強乱流れ中の防風効果は,乱れにより時間平均速度分布に対する平滑化が強められるために,低乱流れの場合よりも弱められる.
(2)森林キャノピー樹冠部下流域では,3方向乱れ強さはほぼ同程度となっていることが明らかにされた.しかし,樹冠部上方位置においては,主流方向乱れに比較して,流れに垂直方向の乱れは弱められる.
2.森林キャノピーまわりの流れ場が,数値的に解析された.この森林樹冠部による乱れ生成を解析する手法は,従来の手法とは全く異なっている.即ち,樹冠部の振動を,互いにばねとダンパーで連結された質点としての樹冠要素の運動で表現し,樹冠要素の働く流体力と流れが受ける反力とをリンクさせる手法である.この新しい手法により,森林キャノピーまわりの乱流構造の特性量が計算された.得られた主な結果は,以下である.
(1)数値計算結果による時間平均速度,乱れ強さ,レイノルズ応力などの分布は,風洞実験の結果を良く再現しており,本手法の有効性が確認された.
(2)広範囲に計算領域を設定することにより,実験では困難な森林キャノピー模型の十分な下流域における流れの特長が明らかにされた.特に,森林キャノピー上部領域に発達するはく離せん断層が,樹高の5倍程度の下流において地面に再付着し,その再付着点近傍では,強い乱れとなっている.
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