2015 Fiscal Year Annual Research Report
水面波を伴う開水路流れにおける界面ガス交換プロセスの解明と実用モデルの提案
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25420521
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
山上 路生 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80362458)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 界面発散モデル / 開水路ガス輸送 / 底面マクロ粗度 / 乱流輸送 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
開水路の自由水面を介するガス輸送は河川水質の保全において重要な役割をもつが，ガス輸送速度や再ばっ気係数の実測は難しく信頼性の高い予測モデルの構築が求められている．最終年度では前年度までに提案した修正型界面発散モデル（修正SDモデル）の物理的解釈を行うとともに，2次流の影響が大きい高水深ケース（小アスペクト比）について重点的に計測を行い，修正SDモデルの適用性能を検証した．また周波数帯のガス輸送フラックスへの寄与特性を発散値のパワースペクトルに基づいて評価し，低周波数帯の界面発散がガス輸送を支配することを定量的に示した．従来のSDモデルでは水深が変化すると比例定数が変わる問題があるが，修正SDモデルでは積分スケール渦の効果を組み込んでいるため，2次流のような水深スケール運動が発達するケースを含めた広い水理条件に対して統一的なスケーリングが可能となり，開水路乱流場におけるガス輸送速度の予測精度の向上につながった．
研究期間全体を通じて，幅広い水理条件における界面ガス輸送特性を高精度の乱流計測を実施して調べた．特に界面発散値の計測を開水路乱流で行った例は国内外でもほとんどなく貴重なデータが得られた．また底面粗度の存在は水面乱流場に大きな影響を及ぼすことも明らかになり，従来の平均流速を用いたガス輸送係数の評価法は不十分であることを指摘した．さらにこの課題を克服するために，界面発散モデルを修正した新しいモデルを提案し，実験定数を求めた．この新モデルは，底面の粗滑に関係なく適用できることを検証した．さらに水面波が存在する場合のステレオ式発散値計測法についても一定の見通しをつけた．
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