2022 Fiscal Year Research-status Report
跳水内部の空気混入と流速の特性に対する模型縮尺の影響
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19K04624
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
高橋 正行 日本大学, 理工学部, 教授 (10318363)
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2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 跳水 / 射流 / エネルギー減勢 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和4年度は，跳水始端断面のフルード数 Fr = 7.2かつレイノルズ数 Re= 62000を対象に，流入射流の乱流境界層の発達状態が Undeveloped inflow condition (UDと略す)，Partially developed inflow condition（PDと略す） と Fully developed inflow condition (FDと略す) の場合の流速特性を実験的に検討した．ただし，PDの場合については，乱流境界層厚さが水深の50%の場合（PD_0.5と略す）と乱流境界層厚さが水深の80%の場合（PD_0.8と略す）を対象に実験的検討を行った．跳水の流速特性に対する流入射流の乱流境界層の発達状態影響について，得られた結果を以下に示す．
・跳水内部の流下方向流速の鉛直方向分布より，断面内の相対的な最大流速が生じる相対高さおよび相対半値幅は，それぞれFDとPD_0.8のほうがPD_0.5とUDよりも大きくなる．すなわち，跳水内部の主流はFDとPD_0.8のほうがPD_0.5とUDよりも短区間で拡がり，水面近くに上昇する．
・同一な相対流下距離における相対的な最大流速は，跳水始端近くでは，PDとFDよりもUDのほうが大きくなる．
・底面摩擦抵抗係数については，UDよりもPD_0.5のほうが小さく，PD_0.5よりもPD_0.8とFDの方が小さい．
スルースゲート下流側に形成される射流については，縮流部でのフルード数Fr0をFr0=8.0の一定の値にし，レイノルズ数Reが22000から110000の範囲で系統的に変化をさせ，射流の水面変動に対するレイノルズ数の影響について実験的に検討を行った．その結果，レイノルズ数Reの大きい条件のほうが小さい条件よりも相対的な水面変動の値が大きくなることが示された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和4年度は，スルースゲート下流側の射流を対象に，縮流部のフルード数Fr_0をFr_0=8.0の一定値とし，レイノルズ数Reを22000<Re<110000の範囲で系統的に変化させ，射流の水面変動に対するレイノルズ数の影響についての検討を行なった．しかしながら，レイノルズ数Re=10000程度の場合の実験については，検討の余地が残されている．
跳水の流速については，FD・PD・UDの場合についての検討を行うことができた．しかしながら， 流入射流の乱流境界層が未発達 (UD)の場合の空気混入特性に対するレイノルズ数の影響については，検討できていない．そのため，令和5年度はUDの跳水を対象に，跳水内部の空気混入特性に対する実験的検討を行うことを予定している．
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| Strategy for Future Research Activity |
スルースゲート下流側の射流の特性に対するレイノルズ数Reの影響を調べるため，縮流部のフルード数Fr_0を一定にし，レイノルズ数Reの大きさを系統的に変化させ，射流の流速分布・乱れ強さ・水面変動の特性を検討する．このため，令和5年度については，縮流部のフルード数Fr_0=7，8の場合を対象に，レイノルズ数の大きさをRe=10^4から10^5程度まで系統的に変化させ，ゲート下流側の射流の水理特性を実験的に明らかにすることを予定している．また，跳水始端のフルード数Fr=7の場合を対象に，流入射流の乱流境界層の発達状態を変化させ，跳水内部の流速特性と空気混入特性を明らかにするための実験を予定している．
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| Causes of Carryover |
令和4年度については，ボイド率計の修理を例年よりも低い金額で実施することができたため，次年度使用金額が生じた．交付申請時よりも円安になっていることから，IAHR world congressに参加するための旅費として次年度使用額を加えて使用することを計画している．
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