2014 Fiscal Year Annual Research Report
中－高風速遷移域における風波気液界面を通してのスカラ輸送メカニズムの完全解明
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24360069
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
黒瀬 良一 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70371622)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高垣 直尚 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00554221)
小森 悟 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60127082)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 風波 / 気液界面 / 物質移動 / 熱移動 / 直接数値シミュレーション / 砕波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
風波気液界面を通しての二酸化炭素や熱等のスカラ輸送メカニズムを明らかにし，その信頼性の高いモデルを構築することは，大気・海洋間の炭素収支，ひいては地球の温暖化や台風の発達進路を正確に見積もるうえで極めて重要である．本研究では，大規模かつ高精度の数値シミュレーションにより，風波気液界面を通してのスカラ輸送メカニズムを，気液界面近傍の乱流挙動とスカラ輸送の関連性を詳細に調べることによって明らかにすることを目的とした．平成26年度に実施した内容は以下の通りである．
1. 低風速条件下の砕波が生じない風波乱流場の数値シミュレーション
界面追跡手法として，風波気液界面の形状に合わせて計算領域全体の格子形状を境界適合座標系により時々刻々再構成するALE法を用いた．低風速条件下（5 m/s程度）の風波水槽実験を対象に直接数値シミュレーション（DNS）を実施し，以下の結果を得た．(1) 風波気液界面を通しての物質移動に及ぼすLangmuir Circulation（LC）の影響は，気液界面近傍液側に発生する乱流渦の影響に比べて小さい．(2) 風波気液界面を通しての熱輸送（潜熱および顕熱）は，気液両相の組織的な渦構造と風波形状の影響を受ける．
2. 高風速条件下の砕波が生じる風波乱流場の数値シミュレーション
界面追跡法として，液体の体積分率の輸送に着目するVOF法と気液界面形状の捕獲に優れたLevel-set法のカップリング法を用いた．高風速条件下（10 m/s以上）の風波水槽実験を対象に上記スキームを組み込んだDNSを実施し，以下の結果を得た．(1) 界面近傍液側には低風速条件下と同様の主流方向に軸を持つ縦渦が発生し，この縦渦が気液界面を通してのスカラ輸送に影響を及ぼす．(2) 波頭部から水柱が発生し，その水柱から液滴が飛散する．また，飛散液滴のスカラ輸送への影響は軽微である．
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| Research Progress Status |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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