| 研究課題/領域番号 |
08455232
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
水工水理学
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| 研究機関 | 九州工業大学 |
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研究代表者 |
秋山 壽一郎 九州工業大学, 工学部, 助教授 (20192916)
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| 研究期間 (年度) |
1996 – 1998
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| 研究課題ステータス |
完了 (1998年度)
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| 配分額 *注記 |
7,500千円 (直接経費: 7,500千円)
1998年度: 400千円 (直接経費: 400千円)
1997年度: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
1996年度: 3,900千円 (直接経費: 3,900千円)
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| キーワード | 密度流 / 土砂投下 / 汚濁拡散 / 汚濁拡散防止 / LES / サーマル理論 / 画像解析 / サーマルモデル / サーマル / 海洋汚濁 |
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| 研究概要 |
サーマル理論と室内実験に基づき、サーマル的落下形態における落下濁水塊の広がり半幅H、落下速度V、平均浮力Bが落下距離zに対してH〜z、V〜z^<-1/2>、B〜Z^<-2>、初期総浮力にW_0対しHはW_0に独立、B〜W_0、V〜W^<1/2>_0なる関係を有し、H、BおよびVとのzとの関係における比例定数は落下塩水塊では一定値を取るのに対し、落下粒子群では粒子Reynolds数R_pの関数となることを明らかにした。
底面衝突前後の濁水塊の主要な流動特性は水深や投下量に依存せずほぼ一定値を取ることを明らかにした。底面衝突前後の濁水塊の流動特性は遷移領域と重力密度流領域とに区分されることを示し、各領域における特性量を適正に表現できる無次元パラメターを決定した。重力密度流領域では無次元特性量がH/A^<1/2>_t=x_<fg>/hに独立、B/(W_t/A_t)^∝(x_<fg>/h)^<-1>およびU_f/(W_t^2/A_t)∝(x_<fg>/h)^<-1/2>となることを示し、このような関係の故に重力密度流領域の内部Froude数F_iは流下方向に一定値を取ることを示した。
流水中においてもサーマル的落下形態における落下濁水塊はサーマル理論に従い、静水中と同様にH、BおよびVの比例定数がそれぞれR_p^<-0.03>、R_p^<0.1>およびR_p^<0.1>に比例するが、流水中では周囲水流速Uの影響を受け、各比例定数がU^<0.2>、U^<-0.25>およびU^<-0.25>に比例することを明らかにした。また、流水中と静水中における落下粒子群の流動特性の類似点・相違点を明らかにした。
LESとEuler型1流体モデルを用いた数値シミュレーションモデルを構築した。モデルの開発に当たって、運動方程式と質量保存則を精度良く解くためにCCSスキームを新たに開発するとともに、SGSモデルとして浮力効果に起因する乱れの発生を考慮した修正Smagorinskyモデルを提案した。実験結果との比較検討により、濁水塊の落下挙動のみならずその底面衝突後の複雑な挙動、さらには粒子の堆積形状までも良好にシミュレートできることを示した。さらに、底面にシルトフェンスが設置された複雑な場における濁水塊の挙動についても数値シミュレーションが可能であることを示した。
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