| 研究概要 |
開水路流れに発生する組織渦やそれに伴って発生する土砂輸送現象は,洪水の増水期と減水期とでは全く異なる特性を示すことから,流れの非定常性や空間的な河床形状などの変化による乱流構造や組織渦に及ぼす影響を解明することが重要となる.さらに,等流状態の開水路乱流においては,自由水面の存在によって乱れの非等方性が誘発され,乱れ強度分布に開水路特有の変化が観察される.したがって,非定常開水路流れでは,定常時より水面変動の影響が大きくなり,このような乱流特性量の変化が観察されるものと推測される.
本研究では,水流に非接触でかつ高精度なレーザー流速計(LDA)の利点を生かして,底面近傍の領域だけでなく,水面付近の水深増加領域を詳細に乱流計測し,乱流特性量の時間変化,せん断応力特性,自由水面の時間変化による影響などについて理論的・実験的考察を行った.その結果,底面近傍の内層においては平均流速分布や乱れ特性に非定常性や二次流の影響が見られず,壁面の影響の方が支配的であり,ほぼ定常等流時で観察されるものと一致した.一方,水面付近の外層,特に水深増加領域において非定常性の影響が大きく現れ,平均流速の変化,乱れ強度分布などにその傾向が観察された.さらに本研究では開水路乱流の組織構造を解明するための一つの手段として,河床波背後に発生する剥離渦および再付着点からの大規模な組織渦に着目し,河床波背後に発生する時空間的挙動の解明を目的とした.これに従い,二台のレーザー流速計を用いた同時乱流計測,さらに染料による可視化実験との組み合わせによる実験を行った.この結果として,河床波背後に発生する組織渦の時空間的挙動を条件付きサンプリング手法により捉えることが可能となり,より実現象に近い組織渦モデルの提案を行い,さらにその組織渦に伴って発生する物質輸送との関連について実験的考察を行った.
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