| 研究課題/領域番号 |
19K21937
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分19:流体工学、熱工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 同志社大学 |
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研究代表者 |
小森 悟 同志社大学, 研究開発推進機構, 嘱託研究員 (60127082)
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| 研究分担者 |
高垣 直尚 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (00554221)
松田 景吾 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(地球情報基盤センター), 研究員 (50633880)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2019年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
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| キーワード | 風波気液界面 / 乱流混合 / 気液二相流 / 縦渦 / 表面張力 / 風波乱流 / 大気海洋相互作用 / 表面活性剤 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、数値計算と室内実験を行うことにより、界面活性剤等が風波に如何なる影響を及ぼすのか、風波が界面活性剤等の影響を受ける領域と受けない領域との境界面に組織的な乱流渦が形成されるのかどうか、形成される場合にはその組織的乱流渦が風波界面下の混合を如何に促進させるのか、を明らかにすることを試みる。また、これらの結果から、界面活性剤による消波は乱流混合を弱めるとの思い込みを覆す逆転の発想に基づき、自然分解性の界面活性剤などを利用して風波を部分的に制御することにより海洋や湖沼の表層水を混合攪拌する方法を検討し、海洋表層の赤潮や貧酸素化を防止する技術を提案することをめざす。
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| 研究成果の概要 |
乱流の直接数値計算法を通常の純風波と減速風波とを気流方向に沿って帯状かつスパン方向に交互に並べた風波乱流場に適用した結果、純風波と減速風波の間隔を減速領域幅の8倍程度にした場合に気液界面下の流体混合が縦渦の生成により促進され、純風波のみに比べて混合が良くなることが明らかになった。また、表面張力を減少させた場合には、リップルの消滅により界面下の乱流混合が抑制されることが明らかになった。これらの結果から、海洋表層の赤潮や貧酸素化を防止する技術としては界面活性剤の散布よりも水面近傍に風波減速メッシュ等を風向きに沿って帯状かつスパン方向に交互に設置して縦渦を形成する方法が有望であることが示唆された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
風波に減速領域と減速しない領域を風向きに直交するスパン方向に交互に設定することにより風波気液界面下に縦渦を発生させることができ、その結果、通常の風波の場合よりも混合を促進できることを直接数値計算法を用いて明らかにした。また、表面張力を下げた場合には、表面張力波と有義波のエネルギー輸送の観点から乱流が抑制されることを見出した。これらの学術的成果から、格子や網等を用いて人為的に風波を部分的に減速すれば、海洋表層の混合を促進させ沿岸域や湖沼での赤潮や貧酸素化などの水質汚染を防止できる可能性を示すに至った。
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