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本研究は、風波の崩壊時の物質輸送が何によって促進されるのかを気泡と水滴の径、速度、体積率等の正確な測定、及び、界面領域での小スケール乱流表面更新渦の発生周波数の測定をもとにして解明することを目的とする。さらに、海水を含む気液界面を通しての炭酸ガスの輸送機構を解明すること、及び、表層の風波の崩壊現象及び物質の輸送に及ぼす温度成層効果についても水槽実験及び三次元直接数値計算DNSにより解明することをめざす。
初年度は風波の崩壊時の乱流構造と気泡の巻き込み及び水滴の飛散機構の解明のための実験を風波水槽を用いて行った。この風波水槽乱流場で、熱線風速計及びLDVによる気流速と液流速の測定実験を行い、得られた乱流速度信号に数値処理報(条件付き平均化法)を施すことにより風波の崩壊時の気流側と液流側の乱流構造を解明することを試みた。その結果、風波界面の上の気流側には組織的な上昇渦が波の周波数よりもはるかに大きな頻度で発生することが明らかになった。また、この組織的乱流渦が風波界面に与える大きなシア-により、風波界面下の液側に表面更新渦が作られることが明らかになった。さらに、波の周波数程度の低頻度で旋回を伴う下降バーストが発生することも明らかになった。この渦構造の変化は、風波が2次元から3次元に変化することに起因することが風波気液界面に対するDNSの結果から明らかになった。
さらに、海水をも含む気液界面を通しての物質輸送機構を解明するため振動格子乱流水槽を用いて炭酸ガスの吸収実験を行い、液側の物質移動係数が海水の場合には真水の場合の半分に減少する事実を明らかにした。
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