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火砕流、雪崩や海底地滑り等の流動は、細粒径粒子が比較的低濃度で浮遊するいわゆるサージ部と粗な粒子が高濃度で含まれる流動本体部との複合体的な構造を有する。こうした流動に対する予測手法を概観すると、低濃度部に対しては密度流的な解析が、また高濃度部に対しては粒子間応力が卓越するとの観点から粒子流的な解析が用いられるのが一般的であり、両者の相互作用については考慮されない。本研究の目的は、これらの相互作用を明らかにして、適切な予測モデルを確立することにある。本年度では、流体相内の応力構造の解明ために、傾斜面上での粒子プルームに関する実験を実施した。
高さ120cm、幅200cm、奥行き15cmの2次元の鋼鉄水槽内において、傾斜角度の可変な傾斜面を設け、粒子供給装置を用いて斜面上端から一様粒径のガラスビーズを連続的に落下させることにより、粒子プルーム流動を生起させた。用いた粒子は粒径が1mmと3mmのガラスビーズである。LDVと信号識別法を用いて流動の計測を行い、粒子運動特性や濃度と乱流強度や長さスケールなど乱流特性量との関連性について検討した。
粒子が落下することにより生じる流動は、粒径が小さい場合には単相の密度プルームと概ね類似した乱流構造を有するが明かとなった。粒径が大きくなることにより、粒子流体の速度差が大きくなり、粒子後流の乱流成分が卓越するようになる。粒子流体の相対速度の無視できない流動に対しては、この乱流構造の変化を表示し得る乱流モデルを開発することが重要であることがわかった。
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