2012 Fiscal Year Annual Research Report
鋼橋の合理的な腐食対策のための新しい風洞実験方法と飛来塩分シミュレーション
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23360198
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
野村 卓史 日本大学, 理工学部, 教授 (50126281)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 飛来塩分 / 鋼橋の腐食 / 可視化実験 / 風洞実験 / 画像処理 / 濃度分布 / 移流拡散解析 / 乱流拡散 |
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| Research Abstract |
飛来塩分による鋼橋の腐食度は部位によって異なるが，本研究は，飛来塩分の濃度分布が橋桁の部位によって異なる度合いを合理的に評価するための数値流体解析による高精度な飛来塩分シミュレーション法を開発することを目的としており，解析法を開発・検証するための気流と濃度分布に関するデータを，煙発生器を用いた独自の風洞実験法によって獲得しようとするところに特色がある。研究計画の第2年度に当たる本年度は，主に次の2項目の研究に取り組んだ。
(1) 本研究の風洞実験を対象とする煙濃度の移流拡散解析
昨年度，煙発生器を用いた可視化実験の画像データ解析から正方形角柱まわりの煙濃度分布に関する詳細なデータを獲得したが，本年度はこの実験結果を対象として，有限要素法による移流拡散解析法の開発を行った。移流拡散解析に用いる移流速度は，風洞実験を対象として実施した乱流解析の流速データを用いた。移流解析の安定化法にはSUPG法を用いた。解析対象領域の上流で，可視化実験から得られた煙濃度の時刻歴を境界条件として与えた。角柱近傍における数ヶ所の濃度変化について，解析値と実験値を比較した結果，特に角柱前縁からの剥離せん断層内部の濃度変動は，等方拡散係数を用いた解析では十分に評価することができないのに対して，乱流拡散係数を用いた解析では濃度変動の特徴を十分に表現できる，という重要な知見を得ることができた。
(2) PIV 解析による可視化実験の風速評価
煙発生器を用いた可視化実験の画像データにPIV解析を適用して，正方形角柱周辺の風速変動を評価することを試みた。その結果，良好なPIV解析結果を得るための撮影範囲，高速度カメラのシャッター速度と絞り値等について，適切な値の組み合わせを得ることができた。
なお，以上2項に加えて，気流内で塩分粒子が飛来するプロセスを解析する手法についても基本的な解析過程を作成した。
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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
本研究の主要課題の一つである濃度分布に関する移流拡散解析法について，本年度は本格的に取り組んだ。その結果，乱流拡散係数を用いることにより解析対象とした正方形角柱まわりの煙濃度の可視化実験結果を精度よく評価できることが明らかになった。移流拡散解析法は有限要素法に基づいて開発しているため，同じ解析法を任意形状の橋桁断面まわりの濃度分布解析に適用できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度は，前年度に開発した乱流拡散係数を用いた濃度分布の移流拡散解析法をより精緻化させる研究を進める。そのためにPIV解析を中心とする可視化実験とのさらに詳細な照合を推進する。また，重力による沈降や物体への付着など，飛来塩分の粒子的挙動を加味するために，移流拡散解析に粒子シミュレーションを組み合わせた解析過程を開発する。
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