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人工ワンド周辺の非定常水理特性に関する数値解析的研究

研究課題

研究課題/領域番号 09750604
研究種目

奨励研究(A)

配分区分補助金
研究分野 水工水理学
研究機関四日市大学 (1998)
和歌山工業高等専門学校 (1997)

研究代表者

木村 一郎  四日市大学, 環境情報学部, 講師 (60225026)

研究期間 (年度) 1997 – 1998
研究課題ステータス 完了 (1998年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
1998年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
1997年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードワンド / 開水路流れ / 組織渦 / 数値解析 / 非線形とk-εモデル / 間水路流れ / 浮遊砂 / 浅水流モデル
研究概要

本年度に購入を行った実験水路(長さ4m,幅15cm)により、ワンド内の水面振動、およびワンド・主流間の物質交換現象について、詳細な実験を実施した。ワンド形状は長方形とし、河川の片岸に1個のワンドが存在する場合を想定し、水理パラメータ(特にフルード数)を種々変化させて実験を行った。この結果をもとに、水面振動とフルード数との関連性を明らかにするとともに、フルード数が大きい場合(概ね0.3以上の場合)には水面振動と物質交換速度が強い相関をもつこと、フルード数がある程度小さくなるとワンド内の定常循環流が交換現象を支配する点などを指摘した。また、フルード数とワンド内の水面振動の共鳴メカニズムを解明するため、界面上の大規模渦の進行を考慮した簡易モデルを提案し、このモデルによりフルード数と水面振動の関係をほぼ説明できることを示した。
一方、洪水時等でワンド内の水深が大きくなると、ワンド周辺の流れにおいて三次元構造が卓越し、平面二次元的な数値解析が適用できなくなる。この点を考慮して、ワンド開口部の大規模周期渦を再現できる非定常三次元数値解析モデルについて検討を実施した。乱流のモデル化においては、計算精度と計算機負荷のバランスのとれたk-εモデルを採用した。特に、断面内の二次流を再現するために、構成則に二次の非線形項を取り入れ、かつ、非定常な渦運動を捉えるために、渦動粘性係数にストレイン・パラメータ(S)及びローテイション・パラメータ(Ω)の効果を導入したモデルを構築した。数値解析結果と実験結果を比較することにより、非線形項にかかる係数、および渦動粘性係数の関数形(SとΩの関数とした)の同定を実施した。本解析モデルにより、ワンド界面の三次元大規模渦構造を定性的に再現できることを確認した。

報告書

(2件)
  • 1998 実績報告書
  • 1997 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (4件)

  • [文献書誌] 木村一郎・細田尚: "非線形k-εモデルによる開水路流れにおける大規模渦運動の三次元解析" 四日市大学環境情報論集. No.2(印刷中). (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 木村一郎・細田尚: "非線形k-εモデルによる開水路非定常流の三次元解析" 平成10年度土木学会中部支部研究発表会講演概要集. 179-180 (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 木村 一郎: "死水域の浮遊砂堆積過程に関する水理パラメータ依存特性" 水工学 論文集. 42. 1057-1062 (1998)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] 木村 一郎: "開水路死水域の浮遊砂堆積特性に及ぼす水理パラメータの効果" 第2回環境流体シンポジウム講演論文集. 449-450 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書

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公開日: 1997-04-01   更新日: 2016-04-21  

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