2019 Fiscal Year Annual Research Report
The effects of local flow in a porous media fixed in waves on energy dissipation and mass transfer
| Project/Area Number |
17K06586
|
|---|
| Research Institution | Osaka City University |
|---|
Principal Investigator |
中條 壮大 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (20590871)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
辻本 剛三 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (10155377)
重松 孝昌 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (80206086)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 多孔質体 / 長周期波 / 画像計測 / せん断速度 / 微視的流動 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
長周期波対策は港湾の静穏性確保の重要課題であり，透過性消波構造物は表面積が大で，その摩擦損失が流動・波動を低減し，また海水交換性も高いと期待されている．美観性の観点から潜堤として設置される場合があり，高潮など高水位条件で構造物の天端が水没することもある．透過性構造物内部の流動は計測が困難なため，これまでは簡略化した多孔質体モデルで内部流動が可視化計測または数値解析で調べられてきた．しかし波動場の計測は十分ではなく，没水時に構造物近傍で強せん断流が生じ，外部流が貫入するような条件の検討は未知であった．今年度は没水した多孔質体モデルに対して周期の異なる波動場で実験を行い，その周辺および内部の流動の変化とせん断速度の分布特性を明らかにした．
主な成果として以下の点を明らかにした．潜堤上では縮流により水表面の水粒子速度V0の数倍～5倍程度の流速が発生する．波峰の進行方向前面は背面より急勾配となり，非対称な波形となる．周期がT=1.1sと小さい時，波峰通過時に潜堤沖側端付近では組織的な下降流が発生し，この影響で沖側端より部材径Dの3倍程度の領域では一周期平均せん断速度は大きな値を示す．潜堤の法肩部には上昇流と下降流が発生するが，周期Tが増加するとそれらはより顕著になる．潜堤内の流速は上部流と比べて一桁小さく，水深に依存して減衰しながら波周期で変化する．水平成分は潜堤上部と内部で0.25T程度の位相差が生じており，これは波周期に依存しなかった．潜堤周りのせん断応力を一周期内の95パーセンタイル値で比較すると潜堤上端と法肩付近で顕著となり周期が変化しても無次元量では同程度である．波周期Tが小さいと沖側端付近で，Tが大きいと岸側端付近でより大きな値を示す． 内部においては沖側より4D程度まではそれより岸側よりもせん断速度が一周期平均値としては大きくなり，無次元量では波周期にほぼ依存しない．
|
