2023 Fiscal Year Annual Research Report
なぜそこに塩が付着するのか？塩分粒子挙動の物理から考える橋梁の腐食環境
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21K14232
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
野口 恭平 京都大学, 工学研究科, 助教 (70802685)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 飛来塩分 / 維持管理 / 数値流体解析 / 風洞実験 / 剥離剪断層 / 表面圧力 / 雪粒子 / 着雪 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，塩分が橋梁表面への付着に至る過程という，維持管理の上では無視されやすい部分にあえて着目することで，物理的な根拠に立脚した付着塩分量の評価と維持管理手法の提案に取り組んでいる．これまでに断面辺長比の異なる複数の矩形断面を対象に，断面周りの流れの変化と粒子挙動の関係を調べてきた．空気とともに流下して物体近傍に到達した粒子は，物体の前面に付着するグループと前面には付着しないグループに分かれる．前面に付着しないグループの粒子は，剥離剪断層に従って流下し，断面周りに発生する渦の影響を受けることで，矩形断面の側面や背面に付着すること，そして粒子がある程度大きくなり重くなると，渦の影響が小さくなり付着しなくなることが分かっていた．しかし，2023年度は取り扱う粒子をさらに大きくしたところ，剥離剪断層内に直接進入することで，側面や背面に付着するようになること，そこからさらに粒子を大きくすると，再び付着しなくなることが判明した．さらに，矩形断面の表面圧力に関係する物理量に加えて，壁面近傍の風速値を利用することでも，付着量を良好に推定できる可能性が明らかとなった．
また，壁面に衝突する時の粒子挙動を解明するため，新たに雪粒子を用いた実験を行った．具体的には，風洞内に雪粒子を導入して空気と共に流下させ，風路内に設置した供試体への着雪量を計測した．その際，ネット式飛雪量計によって単位時間当たりの飛雪量を測定した．また，レーザーを用いて粒子挙動を可視化することで，供試体への粒子の衝突速度や衝突角度を計測した．さらに，試験体の設置角度と降雪粒子の衝突角度を考慮して，供試体への粒子の衝突量を推定した．その結果，着雪形状は台形になること，着雪が成長しなくなる限界の角度が存在すること，着雪率は衝突角度の2次関数で良好に近似できることを明らかにした．
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