2009 Fiscal Year Annual Research Report
気液界面を通してのスカラ輸送に及ぼす雨滴とウインドシアーの相乗効果
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19206023
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小森 悟 Kyoto University, 工学研究科, 教授 (60127082)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒瀬 良一 京都大学, 工学研究科, 准教授 (70371622)
高垣 直尚 京都大学, 工学研究科, 助教 (00554221)
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| Keywords | 環境乱流 / 乱流 / 混相流 / 数値流体力学 |
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| Research Abstract |
地球温暖化予測の精度を向上させるうえで,気液界面を通しての物質移動機構を解明することは非常に重要である.本研究では,降雨のみが単独で存在する場合と,降雨と風が共存する場合の2つの場合に対して,物質輸送に関する室内実験を行うことにより,降雨が気液界面下の乱流構造および気液界面を通してのスカラ輸送に及ぼす影響と,降雨とウィンドシアーの相乗効果により気液両相の乱流構造とスカラ輸送機構がどのように変化するかを明らかにすることを目的としている.
今年度は,昨年度に行われた降雨中における二酸化炭素ガスの放散実験を通して確立された測定手法を用い,様々な降雨・風速の条件に対して二酸化炭素ガスの放散実験を行った.その結果,降雨による物質移動係数は風の有無によらず,雨滴の鉛直方向運動量フラックスにより良好に相関されることを明らかにした.
また,昨年度確立された落下液滴衝突現象に関するLevel-set法をベースにした数値計算手法を用い,実験的に観察が困難な液滴衝突直後の気液界面近傍の流動構造および気液界面を通しての物質輸送機構について検討した.その結果,径が小さな液滴の自由界面衝突時における運動量と生成される渦輪の強度の間には,径が大きな液滴と同様の相関関係が成立することを明らかにした.さらに,液滴が界面に対して斜めに衝突する場合では,気液界面を通しての物質移動が鉛直衝突時に比べてより促進される可能性を示した.
以上,3年の研究期間を通して,単一液滴衝突により引き起こされる気液間物質移動機構を実験・計算研究を行うことにより解明した.さらに,降雨装置を上部に取り付けた風波水槽を用いることにより,風波気液界面を通しての物質移動は降雨により促進されること,そして降雨強度と物質移動係数との相関関係の一端を明らかにした.
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