自然エネルギーを利用した湧昇流発生に関する基礎的研究

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16656272
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 高木 幹雄 広島大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00038556)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 土井 康明 広島大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10134454) ; 作野 裕司 広島大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20332801)
• Keywords: 閉鎖性海域 / 成層化 / 鉛直循環 / 太陽熱エネルギー / 湧昇流

Research Abstract

閉鎖性海域における夏期の成層化による貧酸素化や水質汚濁を改善するには、停滞水域の底層に湧昇流を起こし、停滞水塊を払拭するための上下層混合ができる鉛直循環流の促進が必要である。この鉛直循環流の促進方法として、本研究では、本年度、再生可能エネルギーである太陽エネルギー利用の可能性を検討した。
まず、対象海域を瀬戸内海として、夏期(6月から8月)における太陽、風力、潮汐の各エネルギーの利用可能量を検討した。過去の日射量、風速、潮汐データをもとに解析し、単位時間、単位面積あたりの利用可能量は太陽エネルギーが最も高いことを検証した。
続いて、太陽熱エネルギーを利用して低層の水塊を暖めることにより湧昇流を誘起し、鉛直循環を促進する方法について検討した。水による太陽光スペクトルの吸収は赤外線域で高いことから、水面下ではなく水面上で太陽エネルギーを熱エネルギーとして集熱し、その熱を低層に循環させる方法を提案した。そして、その検証のための基礎実験を模型水槽を用いて行った。模型実験では、電熱による発熱を太陽熱の代用として用いた。電熱による発熱体の水深位置、発熱体周りの隔壁の有無、発熱体と隔壁までの距離について水温計測ならびにPIV法による循環流の可視化による比較実験を行い、隔壁を設けることで湧昇流を効果的に誘起し、上下層混合ができる鉛直循環が可能であることを検証した。さらに解析結果得た鉛直方向の平均流速をもとに循環量の算定を行った。