2017 Fiscal Year Annual Research Report
Calculation method for open channel flows with multi-scale roughness in gravel bed rivers based on dynamic wall law
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26420505
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
内田 龍彦 広島大学, 工学研究科, 准教授 (00379900)
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2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 非平衡粗面抵抗則 / 一般底面流速解析法 / 礫床河川 / 跳水形態 / 段波 / 河床変動 / 急拡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，実用性の高い平面二次元解析法の枠組みの中で，流速の鉛直構造と圧力の非静水圧成分，河床極近傍の流れと河床せん断応力および土砂を精度よく解析するため，著者らが開発してきた非静水圧準三次元解析法(GBVC法)に河床近傍の流れの非平衡性を考慮できる非平衡粗面抵抗則(DWL)を導入した一般底面流速解析法(GBVC４-DWL法)を開発し，検証した．DWLは，流れの三次元構造を解析する主計算領の底面境界条件において，対数分布則などに用いられきたように，底面近傍の流速と摩擦速度の一定の関係を用いることなく，河床近傍の流れを連続式運動方程式に基づいて解析し，動的に底面境界条件を定めることに特徴がある．本年度は，GBVC4-DWL法の河床極近傍の流れと粗度層に作用する流体力が解析できることを応用し，GBVC4-DWL法を用いた激しい段波を有する三次元流れによる河床変動解析法を検討し，検証した．本解析手法は，段波が急拡部を通過する際の洗掘と段波が壁面に衝突する際の二次流による洗掘について，実験結果を良好に再現できることを示した．また，壁面に沿う二次流による洗掘についてはGBVC法を導入する必要性があることを示すとともに，DWLに基づく二相流解析法により土砂輸送量の評価の精度が向上することを示した．また，礫床河川において様々な形態の跳水について，本解析法が有効であることを示した．さらに，波状跳水，弱跳水，潜り噴流において，本解析法を用い，種々の簡略化した解析法と比較することにより，これらの跳水形態がどのような機構で生じるのかを明らかにした．
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