2020 Fiscal Year Annual Research Report
High-resolution analyses on sediment transport of blowing snow and duststorm with large-scale wind tunnel
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20H01983
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
新屋 啓文 新潟大学, 研究推進機構, 助教 (80794982)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
富永 禎秀 新潟工科大学, 工学部, 教授 (00278079)
大風 翼 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 准教授 (40709739)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 飛雪 / 飛砂 / 衝突実験 / 風洞実験 / 画像解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，吹雪や砂嵐に代表される固気混相流が引き起こす自然災害の基礎理解に資するため，風成作用による粒子輸送現象の発生・発達で主要な役割を担う地表面の侵食・堆積過程に着目している．
初年度では，吹雪や砂嵐における地表面の侵食・堆積過程の１つであるスプラッシュ過程（跳躍粒子と地表面の衝突）に焦点を当て，衝突や反発，飛散といった粒子挙動の3次元計測を風洞実験で実施した．実験系を確立するため，雪や砂より取り扱いの容易な発泡スチロール球を採用し，新潟工科大学の風・流体工学研究センターの大型境界層風洞で試験した．実験では，発泡スチロール球を敷き詰めた小型風路を配置し，粉体層表面で生じるスプラッシュ過程を風路の上部および側面に設置した2台のデジタルスチルカメラで高速度撮影した．同期して撮影された動画から跳躍粒子の3次元座標を推定するため，チェッカー盤によるカメラキャリブレーションを行い，動画解像度と動画間の位置関係を整理した．その結果，画像解析で跳躍粒子の重心座標を追跡することで，跳躍粒子が粉体層に衝突した後，反発し再び跳躍する状態や衝突地点に停止する状態を定量化することに成功した．本解析によりスプラッシュ過程における粒子の3次元挙動を計測可能となり，飛雪や飛砂の数値モデリングで重要となる物理素過程の統計的記述を改善できると期待される．さらに，構築した実験系は小型カメラと照明を組み合わせた簡便なものであり，雪や砂の風洞実験に応用するだけでなく，野外での観測に使用できると考えられる．
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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
当初の計画では，初年度に地表面への粒子の衝突実験を想定していた．衝突実験で重要となる実験系を確立することに成功し，画像解析についても粒子軌道を定量化しており，順調に進展していると判断される．
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度では，跳躍粒子と地表面の衝突過程を高速度撮影するための実験系を雪や砂の風洞実験に応用し，スプラッシュ過程の統計的性質の解明に取り組む．ただし，飛雪や飛砂を可視化するためには，レーザー光を照射する必要がある．その場合，雪面や砂面でレーザー光の反射がカメラに映り込むため，地表面近傍の粒子を画像で確認できない状態となる．そこで，雪面や砂面を黒く塗りつぶすことでレーザー光の反射を低減する加工やレーザー出力の調整など対策を施す予定である．
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