風波を伴う開水路流れにおける乱流ダイナミクスと物質輸送プロセスの解明

• 研究課題/領域番号: 21760385
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 水工学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 山上 路生 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80362458)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2010年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2009年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 風波現象 / マルチカメラ・ステレオPIV / 乱流計測 / 組織乱流構造 / 3次元構造 / 風波 / PIV計測 / 乱流 / ラングミュアー循環流 / 高精度流体計測 / ステレオPIV / マルチカメラシステム / 物質輸送 / 開水路流れ / PIV / 組織構造 / 可視化計測 / 波・乱れの分離 / 乱れエネルギー収支特性

研究概要

本研究では風波を伴う開水路流れの乱流構造について,流れが在る場合と湖沼のようなタンク状態の場合のそれぞれについて,可視化計測をもとに現象解明を行った.前半では主に鉛直2次元構造に焦点をあて,平均流・乱れ・波の3者間のエネルギー輸送動態プロセスや組織乱流の生成に与える波動の影響を定量評価した.後半では流れの3次元構造に着目した.特にラングミュアー循環流形成に関わる支配的パラメーターや循環流が流れ場に及ぼす影響を解明した.この解明にあたって,3台の高速度カメラを同期させるマルチカメラ可視化システムの開発した.このシステムではステレオPIVにより横断面における流速全3成分を計測するとともに,水面形状も画像情報より同時に評価することができる.この画期的な計測手法によって,循環流と波の位相関係,水路アスペクト比と循環流の生成特性の詳細が定量的に解明できた.

研究成果

• [雑誌論文] Turbulent structure and coherent vortices in open-channel flows with wind-induced water waves (2011)
  • 著者名/発表者名: Sanjou, M., Nezu, I.
  • 雑誌名: Environmental Fluid Mechanics, Vol.11, No.2 ページ: 113-131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Turbulent structure and coherent vortices in open-channel flows with wind-induced water waves (2011)
  • 著者名/発表者名: Sanjou, M., Nezu, I.
  • 雑誌名: Environmental Fluid Mechanics 巻: Vol.11(2) ページ: 113-131
  • 査読あり
• [雑誌論文] ラングミュアー循環流の3次元構造に関する基礎的研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 秋谷優・山上路生・禰津家久
  • 雑誌名: 土木学会論文集B Vo.66, No.4 ページ: 371-383
  • NAID: 130004468119
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherent turbulence structure generated by wind-induced water waves (2010)
  • 著者名/発表者名: Sanjou, M., Nezu, I., Toda, A.
  • 雑誌名: Proc. Riverflow2010, Braunshweig ページ: 1673-1680
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mass transport properties in closed basin with wind-induced water waves (2010)
  • 著者名/発表者名: Sanjou, M., Nezu, I., Akiya, Y.
  • 雑誌名: Proc. 8^<th> ISE, Seoul ページ: 846-851
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy transfer properties among mean, wave and turbulence components in open-channel flows with wind-induced water waves (2010)
  • 著者名/発表者名: Sanjou, M., Nezu, I
  • 雑誌名: Proc.^<6th> ISEH, Athens ページ: 717-722
  • 査読あり
• [雑誌論文] PIV studies on turbulence structure in ari/water interface with ind-induced water waves (2010)
  • 著者名/発表者名: Sanjou, M., Nezu, I., Toda, A.
  • 雑誌名: Journal of Hydrodynamics 巻: Ser.B, Vol.22(5) ページ: 349-353
  • 査読あり
• [雑誌論文] ラングミュアー循環流の3次元構造に関する基礎的研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 秋谷優・山上路生・禰津家久
  • 雑誌名: 土木学会論文集B 巻: Vol.66(4) ページ: 371-383
  • NAID: 130004468119
  • 査読あり
• [雑誌論文] 風波・開水路混成流における組織乱流渦とエネルギー輸送動態の解明 (2009)
  • 著者名/発表者名: 山上路生・禰津家久
  • 雑誌名: 土木学会論文集B Vo.65, No.3 ページ: 203-216
  • NAID: 130004942988
  • 査読あり
• [雑誌論文] Turbulence structure and coherent motion in meandering compound open-channel flows (2009)
  • 著者名/発表者名: Michio Sanjou, Iehisa Nezu
  • 雑誌名: Journal of Hydraulic Research 47 ページ: 598-610
  • 査読あり
• [雑誌論文] 風波・開水路混成流における組織乱流渦とエネルギー輸送動態の解明 (2009)
  • 著者名/発表者名: 山上路生, 禰津家久
  • 雑誌名: 土木学会論文集B 65 ページ: 203-216
  • NAID: 130004942988
  • 査読あり
• [雑誌論文] 水面と流速の同時画像計測法による風波の乱れ構造に関する研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 山上路生, 禰津家久, 戸田瑛大
  • 雑誌名: 応用力学論文集 12 ページ: 759-768
  • NAID: 40016868786
  • 査読あり
• [学会発表] Mass transport properties in closed basin with wind-induced water waves (2010)
  • 学会等名: 8^<th> International Symposium of Ecohydraulics, Seoul
  • 発表場所: 韓国(口頭発表)
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] Coherent turbulence structure generated by wind-induced water waves (2010)
  • 学会等名: Riverflow2010, Braunshweig
  • 発表場所: ドイツ(口頭発表)
  • 年月日: 2010-09-09
• [学会発表] Coherent turbulence structure generated by wind-induced water waves (2010)
  • 著者名/発表者名: 山上路生
  • 学会等名: Riverflow2010
  • 発表場所: ドイツ・ブラウンシュバイグ
  • 年月日: 2010-09-06
• [学会発表] Energy transfer properties among mean, wave and turbulence components in open-channel flows with wind-induced water waves (2010)
  • 学会等名: 6^<th> ISEH, Athens
  • 発表場所: ドイツ(口頭発表)
  • 年月日: 2010-06-23
• [学会発表] Effects of Free-Surface Shear on Coherent Hairpain Vortex Generated Near Flume Bed (2010)
  • 著者名/発表者名: 山上路生
  • 学会等名: APD-IAHR2010
  • 発表場所: オークランド大学(ニュージーランド)
  • 年月日: 2010-02-24
• [学会発表] Coherent Structure in Interfacial Shear Layer with Wind-Induced Water Waves (2010)
  • 学会等名: 17th APD-IAHR Congress, Auckland
  • 発表場所: ニュージーランド(口頭発表)
  • 年月日: 2010-02-22
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://www.ce.t.kyoto-u.ac.jp/ja/information/laboratory/hydraulic