2010 Fiscal Year Annual Research Report
ラフネス・サブレイアに着目した清水流および高濃度土砂流の抵抗則と乱流構造の解明
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22560519
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
大本 照憲 熊本大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (30150494)
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| Keywords | 開水路乱流 / 完全粗面 / 三次元粗度 / Roughness Sublayer / 抵抗則 / 円柱粗度 / 球状粗度 / Form induced stress |
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| Research Abstract |
完全粗面上の清水流および高濃度土砂流は,水工学の分野では治水や利水上の観点から,抗力や抵抗則に関わる応用的研究および平均流特性や乱流構造の基礎的研究,近年では礫床河川の環境再生の視点からの研究も求められているが、境界近傍の流れが複雑なため、未解明な点が多い.本研究では,水深に対する河床粗度が相対的に大きい領域の完全粗面における清水流および高濃度土砂流の抵抗則およびその3次元流動機構を明らかにすることを目的にしている.粗度近傍には安定した上昇流および下降流が形成され,主流速と強い相関があり,この相関は粗面乱流の抵抗則,物質輸送および運動量輸送に影響することが認められた.本研究では,二次元粗度と三次元粗度における完全粗面乱流を比較するために,同一の代表径を有する球状粗度および円柱粗度が規則的に路床に最密充填配列された完全粗面乱流において抵抗特性および粗度近傍の乱流構造について検討し,以下の知見を得た,1)同一の代表径を有する球状粗度および円柱粗度が路床に規則的に最密充填配列された完全粗面乱流においては,円柱粗度に較べて球状粗度の抵抗が大きい.2)無次元主流速分布では,対数則領域における同一の無次元高さにおいて球状粗度上の主流速は円柱粗度に較べて小さくなる,3)球状粗度および円柱粗度とも粗度近傍には安定した
上昇流および下降流が形成され,その大きさは円柱粗度に較べて球状粗度の方が大きい4)粗度近傍におけるレイノルズ応力の直線分布からの欠損量は,球状粗度および円柱粗度とも粗度径の増大に伴って大きくなる.5)球状粗度および円柱粗度とも乱れの強さは鉛直方向にはRoughness Sublayerの外側で指数関数による乱れ強度式によって良好に再現されているのに対して,粗度近傍では過大評価され,粗度径の増大に伴ってその適合性は低くくなる.6)Nikoraによって提唱されたForm induced stressを球状粗度,および円柱粗度上の完全粗面乱流に適用し,試算されたForm induced stressは円柱粗度に較べて球状粗度で大きくなる傾向が示された
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[Journal Article]2011
Author(s)
大本照憲・田中貴幸・山下直樹
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Journal Title
横越流を伴う開水路流れの三次元乱流構造
Volume: 55
Pages: 913-918
Peer Reviewed
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